PETRÓLEO VERSUS ENERGÍAS ALTERNAS. DILEMA FUTURO

Rafael Bolívar, Jorge Mostany y María del Carmen García

Rafael A. Bolívar C. Licenciado en Química, Universidad Central de Venezuela (UCV). M.Sc. en Química, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC). D.Ph. en Química, Universidad de Oxford, RU. Profesor, Universidad Simón Bolívar (USB), Venezuela. Dirección: Edificio de Química y Procesos, Sartenejas, Baruta, Caracas 1080A, Apartado de Correo 89000, Edo. Miranda, Venezuela. e-mail: rabolivarc@yahoo.com

Jorge Mostany. Licenciado en Química, USB, Venezuela. M.Sc. en Tecnología Química, Instituto Químico de Sarriá, España. Doctor en Química, USB, Venezuela. Profesor, USB, Venezuela. e-mail: jmosta@usb.ve

María del Carmen García. Licenciada en Química, UCV, Venezuela. M.Sc. en Química, IVIC, Venezuela. Doctor en Ciencias, Mención Química, UCV, Venezuela. Especialista en Química de Producción, Repsol YPF, España. e-mail: mcgarciac@repsolypf.com

RESUMEN

Existen evidencias que apuntan hacia una crisis petrolera permanente. De acuerdo con esta premisa se analizan: 1) El origen de la mayor demanda de energía; se mostrará el consumo por región y por habitante, así como la motorización por región, y se compararán con las cifras correspondientes a EEUU. Los posibles efectos de las economías en desarrollo en este aspecto será evaluado. 2) Las características del negocio petrolero vs el incremento de la demanda, así como las reservas probadas del planeta y el negocio de refinación. 3) Las opiniones y estrategias de algunas compañías petroleras (Shell, Chevron, Exxon-Mobil y BP) al respecto. Dos posibles salidas a la crisis petrolera en el corto-mediano plazo son señaladas: los crudos pesados / extrapesados y los hidratos de metano. Deberá hacerse hincapié en la mayor necesidad de educación y de I+D en fuentes alternas de energía, así como en la importancia de que el uso del petróleo como costumbre nómada sea progresivamente sustituido. El dilema del petróleo y energías alternas será un aspecto de importancia cada vez mayor en el mediano y largo plazo. Se discute la tecnología de celdas de combustible y la estrategia de EEUU a largo plazo. Se comentan los proyectos de la Comunidad Europea con respecto a la búsqueda de energías alternas. Se ofrece una posición ecléctica frente a la diversificación de las fuentes de energía como salida a la crisis permanente, y una posible estrategia energética para el largo plazo.

PETROLEUM VERSUS ALTERNATIVE ENERGY SOURCES. A FUTURE DILEMMA

SUMMARY

There are evidences that point out towards a permanent oil crisis. In accordance with this premise, the following issues are analyzed: 1) The origin of the higher energy demand; the consumption per region and per habitant, as well as the motorization per region will be shown and compared with those from the USA. The effects of the developing economies on this aspect will be evaluated. 2) The characteristics of the oil business vs its growing demand, as well as the proven reserves and the refining business. 3) The opinions and strategies of some oil companies (Shell, Chevron, Exxon-Mobil y BP) on this matter. Two possible solutions to the oil crisis in the short-medium term are pointed out: heavy / extra-heavy oil and methane hydrate exploitation. Emphasis should be placed on education and R&D in alternative energy sources, as well as in the substitution of the current use of petroleum by the custom of a nomadic society. The importance of the oil and alternative energy sources dilemma will become more important in the medium and long term. The fuel cell technology and the "long term American strategy", as well as the alternative European Community projects, are discussed. An eclectic position about the energy source diversification as a solution to the permanent energy crisis is offered, and a possible energetic strategy for the long term is commented.

PETRÓLEO VERSUS ENERGIAS ALTERNATIVAS. DILEMA FUTURO

RESUMO

Existem evidências que apontam para uma crise petroleira permanente. De acordo com esta premissa se analisam: 1) A origem da maior demanda de energia; se mostrará o consumo por região e por habitante, assim como a motorização por região, e se compararão com os valores correspondentes aos EEUU. Os possíveis efeitos das economias em desenvolvimento neste aspecto serão avaliados. 2) As características do negócio petroleiro vs o incremento na demanda, assim como as reservas provadas do planeta e o negócio de refinação. 3) As opiniões e estratégias de algumas companhias petroleiras (Shell, Chevron, Exxon-Mobil e BP) sobre o assunto. Duas possíveis saídas à crise petroleira no curto-médio prazo são apontadas: os crus pesados / extra pesados e os hidratos de metano. Deverá fazer-se especial menção na maior necessidade de educação e de "I&D" em fontes alternativas de energia, assim como na importância de que o uso do petróleo como costume nômade seja progressivamente substituído. O dilema do petróleo e energias alternativas será um aspecto de importância cada vez maior a médio e longo prazo. Discute-se a tecnologia de células de combustível e a estratégia de EEUU em longo prazo. Comentam-se os projetos da Comunidade Européia com respeito à busca de energias alternativas. Oferece-se uma posição eclética frente à diversificação das fontes de energia como saída à crise permanente, e uma possível estratégia energética para o longo prazo.

PALBRAS CLAVE / Celda de Combustible / Consumo / Crisis Energética / Fuentes Alternas de Energía / Petróleo /

Recibido: 24/04/2006. Modificado: 08/09/2006. Aceptado: 13/09/2006.

Desde 1985 se señala la crisis de petróleo como una situación permanente. Así, en The Gaia Atlas of Planet Management (Myers, 1985) se indicaba: 1) "El petróleo ¿fin de una era? Hasta 1973, los consumidores del petróleo del mundo olvidaron (si es que habían llegado a saberlo) que estaban consumiendo un capital energético acumulado a lo largo de muchos millones de años". 2) La OPEP tuvo razones propias para hacer que sus clientes padecieran esta crisis, pero al hacerlo, prestó al mundo un servicio a largo plazo. "Los países consumidores de petróleo se vieron incentivados a buscar nuevas fuentes de energía y a proporcionar una mayor eficiencia en el consumo en sus economías". Un buen ejemplo fue Alemania Occidental, que logró, entre 1973 y 1980, alterar la relación entre consumo de energía y producto nacional bruto (PNB). Así su consumo de energía aumentó en 3,1% mientras que su PNB crecía en 17,5%. Comparativamente, el PNB de Japón creció en 35% y su consumo de energía creció en 15%. 3) Los efectos más pronunciados de la crisis energética se produjeron en los países en desarrollo, en los que las exportaciones conseguían comprar cada vez menos petróleo. Por ejemplo, en 1975 con una tonelada de cobre se compraban 115 barriles de petróleo, mientras que en 1981 solo alcanzaba para comprar 57 barriles.

El presente artículo constituye un análisis de la literatura disponible, principalmente en el año 2005, sobre la vigencia del petróleo como fuente de energía y las alternativas posibles en el mediano-largo plazo. Basados en datos de consumo de petróleo por país, entre 2002 y 2005, y en las dificultades generales del negocio petrolero para responder al desbalance de la demanda energética por habitante, se evidenciará la crisis petrolera permanente. Un análisis de fuentes alternas de energía permitirá ofrecer salidas posibles en el corto y largo plazo.

Evidencias de una Crisis Petrolera Permanente

En la Tabla I se muestran los consumos de petróleo de las distintas regiones del mundo, desde el 2002 hasta el 2005 y se hace la proyección del consumo para el 2006 (AIE, 2005, 2006). La Agencia Internacional de Energía clasifica los distintos países del mundo en (OECD, 2005) pertenecientes a la OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) y no pertenecientes a la OECD o No-OECD. De acuerdo con los datos de la Tabla I, el consumo petrolero del mundo pasó de 78,0 a 83,9MMBBLD (millones de barriles día) y se proyecta para el 2006 como de 85,4MMBBLD. El consumo de los países OECD es mayor que el correspondiente a los No-OECD; sin embargo el crecimiento anual en consumo de petróleo de los países No-OECD es ligeramente mayor que aquel de los OECD (0,70 vs 1,15MMBBLD/año; ver Figura 1). Un aspecto a resaltar es que el incremento del consumo total de petróleo que se espera entre el 2002 y el 2006 es de 7,4MMBBLD. Esta cantidad es de la misma magnitud que la producción promedio de petróleo de Arabia Saudita en el 2002 (World Oil, 2004).

En la Tabla II se muestra el consumo de petróleo en el 2005 por regiones (AIE, 2005) y se incluye la población de las mismas. Se puede observar que los patrones de consumo promedio de energía por habitante son muy diferentes entre los países pertenecientes o no a la OECD. Llama la atención que China y otros países de Asia, con el 52% de la población mundial, tengan consumos de energía por habitante por debajo del promedio de los países No-OECD. Es lógico esperar una tendencia de los países en desarrollo al mismo patrón de consumo que de los desarrollados, por el uso creciente de las mismas tecnologías para una mejor calidad de vida.

Si se lleva a la China y otros países de Asia, con una población total de 3432 millones de habitantes (Liu y Diamond, 2005), a los mismos patrones de consumo de energía por habitante que tiene EEUU, se necesitarían unos 202MMBBLD adicionales, lo que significaría más del doble del consumo mundial de petróleo registrado en el 2005. Si se supone que este aumento de consumo se hace progresivamente en un periodo de 20 años, esto representaría un aumento interanual en el consumo de petróleo de 10,1MMBBLD, que es 5,3 veces mayor que lo observado en el periodo 2002-2006 (Tabla I).

Al considerar solo un aspecto del mejoramiento de la calidad de vida como lo es la motorización por habitante, puede calcularse el efecto que tendría, sobre el consumo de petróleo, llevar a China y otros países de Asia a la cantidad de vehículos por habitante que tenía EEUU en 1970 (450 vehículos por 1000 habitantes), tal como se muestra en la Figura 2. Esto aumentaría el consumo de petróleo en 57,9MMBBLD, suponiendo un consumo equivalente al de EEUU para el 2003 en el sector transporte (13MMBBLD; USDOE, 2003). Esto representa un incremento del 69% en el consumo de petróleo para el 2005 (84MMBBLD). Ahora bien, se podría considerar realizar este cambio de forma progresiva y suponer que se realiza en un plazo de 20 años. Esto representa un aumento interanual de 2,89MMBBLD, 1,5 veces mayor al observado en el periodo 2002-2006.

Puede también visualizarse otro escenario de cambio mucho menos abrupto. Si el número de vehículos por habitante en China y otros países de Asia se lleva aproximadamente a un cuarto de los que tenía EEUU en el 2000, esto corresponde aproximadamente al nivel de motorización de EEUU en 1940 (~225 vehículos por 1000 habitantes; Figura 2). Si se supone que el cambio se realiza en un período de 10 años, se tendría un aumento del consumo de 2,92MMBBLD/año, para 11,6MMBBLD en 4 años, 57% más que para 2002-2006.

Según la International Energy Outlook 2005, el número de vehículos en China ha crecido en aproximadamente un 20% anual, siendo el potencial de crecimiento ilimitado (USDOE, 2005a). El incremento de la motorización en China y otros países asiáticos está sin duda vinculado a la tendencia mundial a una mayor movilidad, de allí la expresión "The golden age of mobility" (Schipper y Ng, 2004). Además, en países desarrollados se acentúa la dependencia de la movilidad personal con automóvil. En las grandes ciudades del planeta se evidencia la tendencia a un vehículo por persona (MIT/CRAI, 2006). Esta mayor movilidad planetaria depende muy fuertemente de una fuente de energía, los combustibles fósiles, ejerciendo presión adicional sobre el consumo mundial de petróleo.

Otro aspecto que evidencia la crisis petrolera permanente se origina en lo complicado del negocio petrolero y su escala industrial, lo cual no le permite a esta industria responder a la magnitud de la demanda actual de energía. Dos macro-actividades de la cadena del negocio petrolero (exploración y refinación) poseen importantes cuellos de botella. Uno de los problemas no del todo resueltos en las actividades de exploración es el relacionado con las reservas de petróleo y su cuantificación. Se estima que estas cifras pueden estar abultadas por la tendencia de algunos países a incluir en las reservas, aquellas posibles y/o probables (Laherrere, 2001). La imprecisión de las reservas de petróleo ha sido evidenciada recientemente cuando la empresa Shell abruptamente cortó en un 20% sus reservas de petróleo y gas (McCaughey, 2004). Las reservas probadas para el 2005 eran de 1,3 billones de barriles (US Government, 2005). Al ritmo actual de consumo mundial, estas reservas se agotarían hacia el año 2048. Esta fecha podría ser más cercana si el consumo de energía aumentase, como se prevé que ocurra por parte de los países en vías de desarrollo. En estas previsiones no se incluye el hallazgo de nuevos yacimientos.

En lo referente a los cuellos de botella de las actividades de refinación, cabe señalar que los esfuerzos de la administración Bush para estimular la construcción de nuevas refinerías en los EEUU, como una forma de paliar los efectos de los altos precios de los combustibles, se anteponen a lo que estima la industria. Se requieren de 4 a 5 años para la construcción de una refinería con capacidad suficiente para ser rentable. La industria petrolera, de forma integral, debe revisar si la explotación de petróleo y la refinación en particular están de acuerdo con las exigencias ambientales actuales. Si el objetivo central de la extracción de petróleo es la producción de energía, y son básicamente los alcanos los componentes claves del combustible ¿qué sentido tiene extraer el resto de sus fracciones, particularmente resinas y alfaltenos? Las refinerías modernas incluyen procesos para la conversión del fondo del barril; sin embargo ¿cuántas refinerías del mundo disponen de esta infraestructura para transformar eficientemente y a bajo costo los componentes pesados del petróleo? Ante estos cuellos de botella de la industria petrolera cabe citar el comentario de un editorial de World Oil, al referirse al tema de la crisis: "we have a crisis in the oil industry, not an oil crisis" (Snyder, 1999 y Laherrere, 2001).

Otro aspecto a considerar como evidencia de la crisis petrolera permanente lo constituye la inestabilidad política de los países con las mayores reservas. Arabia Saudita, Irak, Irán, Kuwait, Emiratos Árabes Unidos, Rusia y Venezuela poseen aproximadamente el 60% de las reservas probadas del planeta, 763MMMBBLS (millardos de barriles; Green, 2002; US Government, 2003). Es posible imaginar que el fanatismo islámico pueda interrumpir la producción Saudita, lo que, aunado a las dificultades de Rusia, Venezuela, Nigeria e Irak para incrementar su producción, puede poner en riesgo por lo menos 40% de las reservas mundiales de petróleo (McCaughey, 2004).

Llama la atención que algunas compañías petroleras analizan en detalle esta crisis, ofreciendo cifras y señalando la necesidad de nuevas tecnologías que permitan una más eficiente explotación del petróleo y uso de los combustibles fósiles.

Chevron señala "The world consumes two barrels of oil for every barrel discovered, so is this something you should be worried about? Now more than ever we need to work together" (Chevron, 2005). Igualmente destaca que la energía será uno de los temas cruciales de este siglo y que una cosa es clara: la era de petróleo fácil se acabó. La demanda de energía es más grande que nunca y es clave en el crecimiento económico. Por ende, para mejorar los estándares de vida se requieren grandes cantidades de energía, ya que en los próximos 20 años el mundo aumentará en 40% su consumo energético. Es posible esperar hasta el momento en que una crisis obligue a hacer algo, o alternativamente, comprometerse a trabajar juntos y encontrar respuesta a las preguntas ¿Cómo lograr la energía que necesitan los países en desarrollo y, al mismo tiempo, la requerida por los países industrializados? ¿Cómo acelerar el esfuerzo por la conservación del ambiente? ¿Qué se debe considerar, no solo para sobrevivir el próximo año, sino los próximos 50? (Chevron, 2005).

Por su parte, Shell señala que las economías crecientes son críticamente dependientes de los suministros seguros y permisibles de energía. El aumento pronunciado en los precios durante el 2004 refuerza tres preocupaciones acerca de la seguridad en el largo plazo del sistema global de energía: ¿Habrá suficiente energía para suplir la demanda? ¿Los suministros estarán libres de interrupciones? ¿El ambiente puede ser protegido frente a un aumento creciente del consumo de los combustibles fósiles? Shell estima que para el 2050, la demanda global de energía será de 2,5 a 2,7 veces la del 2000 y que el mayor aumento se deberá básicamente al crecimiento del consumo de los países No-OECD (Shell, 2004).

Exxon-Mobil enfoca la actual situación como "retos en energía", que deben lograrse de forma práctica, real, segura y responsable con el ambiente. Igualmente señala tres aspectos que pueden ayudar a paliar la crisis actual: el vehículo híbrido, la existencia de grandes reservas de petróleo en el mundo (particularmente de crudos pesados y extrapesados) y el desarrollo de una serie de tecnologías tendientes a aumentar el recurso energético (Exxon-Mobil, 2005). En las conclusiones de su visión 2030, Exxon-Mobil enfatiza: 1) Las economías crecientes generan un incremento de la demanda de energía. Se espera que el consumo en el mundo crecerá hasta 335MMBEPD (millones de barriles equivalentes día) en el 2030. A medida que la demanda aumente, se incrementará la importancia de la eficiencia energética. 2) Proveer a tiempo los suministros adecuados constituye un reto en el largo plazo, lo cual requiere más inversiones en el desarrollo de nuevas tecnologías. 3) La aplicación de nuevas tecnologías es la mejor forma de alcanzar los retos. 4) Considera la diversificación de fuentes de energía en el largo plazo como aliada en la solución de la crisis, a pesar de que el petróleo y el gas predominarán. 5) Si los retos de suministro no satisfacen la demanda, el crecimiento económico estará comprometido.

British Petroleum por su parte señala que en el 2004 la energía capturó la atención del mundo; los precios de petróleo subieron a niveles récord en medio de temores sobre la seguridad de los suministros de combustibles. Se ha planteado de nuevo el debate sobre si el petróleo y el gas se agotarán y continúa la preocupación acerca del ambiente. BP publicó (British Petroleum, 2005) una edición de Review donde ofrece datos del mercado de la energía desde 1965. Llama la atención que esa empresa tiene una página destinada al uso del sol como fuente de energía (BP Solar, 2005), enfatizando de esta forma la magnitud de la crisis petrolera y la riqueza energética que ofrece esta fuente alterna de energía.

En concordancia con lo señalado, la Internacional Energy Outlook 2005 predice para el periodo 2002-2025 un fuerte crecimiento de la demanda energética en el mundo (AIE, 2005). Se estima un 57% de aumento en los requerimientos de energía para el período, con el petróleo como fuente dominante (Figura 3).

Posibles salidas a la crisis en el corto-mediano plazo

Ante las evidencias de una crisis permanente de energía en el ámbito mundial, cabe preguntarse: ¿Estamos cercanos al fin de la era petrolera? Dichas evidencias parecen indicar que este hecho podría ser cierto. Sin embargo, dos aspectos podrían contribuir a retrasar el fin de la era del petróleo como fuente de energía: La inercia tecnológica del parque automotor y de otros sectores que usan hidrocarburos, y una mayor eficiencia en el uso de estos recursos, como por ejemplo automóviles aún más eficientes. Adicionalmente, ante esta pregunta, deben plantearse dos alternativas importantes, que muy probablemente prolonguen el predominio de los hidrocarburos como fuente de energía de la sociedad, por más tiempo que el imaginable, como son los grandes yacimientos existentes de crudos pesados y extrapesados, y los grandes yacimientos de hidratos de metano.

Los crudos pesados y extrapesados, un ejemplo exitoso

Las reservas mundiales están dominadas por crudos pesados y extrapesados. Se ha señalado que la Faja Petrolífera del Orinoco (FPO) tiene reservas recuperables de crudos pesados y extrapesados de 270MMMBLS (Bauquis, 1998; World Energy Council, 2001). Una magnitud similar adicional se estima está contenida en las arenas bituminosas de Canadá (Wightman, 2003). Speight (1999) comparó las posibilidades de obtención convencional de los combustibles fósiles con la punta de un iceberg. El crudo convencional solo representa una pequeña fracción de las fuentes fósiles de las cuales potencialmente se pueden derivar combustibles (Figura 4). La gran masa de fuentes fósiles de combustibles, particularmente los esquitos bituminosos (oil shale) y líquidos del carbón, aún no totalmente explotados, ofrece reservas que eventualmente podrían prolongar la era del petróleo. Sin embargo el uso de estas fuentes exigirá inversiones en tecnología y en costos de explotación.

Un buen ejemplo de la explotación exitosa de los crudos pesados y extrapesados lo constituye la FPO. Los proyectos desarrollados a partir del año 2000 han permitido la producción de aproximadamente 600MBBLD de crudo sintético (World Oil, 2000).

Los hidratos de metano

Según informe del Departamento de Energía de EEUU (DOE) existen reservas en el planeta del orden de 20000 billones de m³ (~7×10¹⁷SCF) de metano atrapados como hidratos. Alrededor del 99% se encuentra en sedimentos marinos costa afuera. Los hidratos de metano o hidratos de gas (clatratos) pueden contener 10 billones de toneladas de carbono, más del doble de todo el carbón, el petróleo y las reservas de gas convencionales del mundo combinadas. Las estimaciones de la cantidad de metano en los hidratos de gas son todavía especulativas e inciertas (Lowrie y Max, 1999; Makogon y Holditch, 2002). Este hecho, aunado a las dudas en cuanto a la viabilidad de su explotación, plantea aún más incertidumbre sobre su industrialización. Los clatratos se forman cuando moléculas "huéspedes" pequeñas (<0,9nm) tales como el metano y el CO₂, entran en contacto con el agua a temperatura ambiente y presiones moderadas. La molécula pequeña es "enjaulada" o "enclaustrada" por puentes de hidrógeno formados entre moléculas de agua en un hidrato cristalino no-estequiométrico (Sloan, 2003).

Educación e I+D en fuentes alternas de energía. El uso de petróleo, costumbre nómada…

En la Figura 5 se ofrece una representación de la relación aproximada de magnitud de las distintas fuentes de energía disponibles en el planeta. Es claro lo limitado de las fuentes de combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón). Así mismo se resalta lo ilimitado de la energía solar. Se podría hacer un inventario de la disponibilidad de energía fósil con base en la relación reserva / producción. De esta forma se dispondría de 40, 60 y 200 años de petróleo, gas natural y carbón, respectivamente (Clerici, 2004).

Sin duda, el uso de los combustibles es un vestigio nómada ancestral que aún permanece en la sociedad actual. El hombre progresivamente sustituyó las costumbres nómadas por otras sedentarias, cuya característica central era la renovabilidad en el tiempo. El uso extensivo de combustibles fósiles plantea su sustitución por un esquema semejante a lo que significa la agricultura para el hombre moderno. La representación de la Figura 5 apunta a la sustitución del uso de la energía fósil por la energía más abundante, la solar. Cabe mencionar tres aspectos importantes en relación con este tema: 1) La vulnerabilidad en los suministros de energía, por depender mucho de una fuente única, el petróleo. 2) No se trata de un problema de escasez, sino de mal uso de los recursos disponibles. 3) El uso de combustibles fósiles altera el clima debido al efecto invernadero.

Por ejemplo, México recibe en seis horas de exposición al sol (5KWh×m²×día), la misma cantidad de energía que consumiría durante todo un año. Con un dispositivo de recolección y transformación de energía solar a energía eléctrica que tuviera una eficiencia de 100%, bastaría un metro cuadrado para proporcionar energía eléctrica a un hogar mexicano promedio que consume 150KWh por mes (Calderón, 2004; CONAE, 2005). Así se podría establecer que la salida de la crisis permanente de energía plantea dos esfuerzos fundamentales para orientar y en definitiva corregir el problema en el corto y mediano plazo, con la mirada en el largo plazo. Estos son educación y esfuerzos en I+D tendientes a adoptar a la energía solar como la fuente de energía por excelencia del hombre moderno.

¿Qué hacer en el mediano y largo plazo?

Cualquier posible escenario en el largo plazo pasa por un análisis de las fuentes alternas de energía. En la Tabla III se resumen las principales alternativas, donde resaltan la energía eólica y las fuentes químicas.

La fuente eólica es quizás la más promisoria (CONAE, 2005). En la actualidad, los costos típicos de inversión de instalación eólica son aproximadamente 1000USD por KW instalado, y los costos de generación, entre 5 y 11 centavos de USD por KWh. La capacidad mundial acumulada en generación eólica al 2006 es de 55500MW (Infoeólica, 2006). Las fuentes químicas incluyen el uso de celdas de combustible. Sin embargo, éstas no son per se fuentes de energía, sino el medio que permite aprovechar la energía que está contenida en sustancias como el hidrógeno.

Celda de Combustible

En principio, una celda de combustible opera como una batería. Genera electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente (Wikipedia, 2005). A diferencia de las baterías, no se agota ni requiere recarga. Producirá energía en forma de electricidad y calor mientras se le provea de combustible (hidrógeno). El único subproducto que se genera es agua 100% pura. Entre algunos de los beneficios que ofrece la celda de combustible está el hecho de que podría reducir de manera dramática la contaminación del aire urbano. El DOE proyecta que si tan solo un 10% de los autos de EEUU se motorizara por celdas de combustible, se reducirían en unos 800000BBLD las importaciones de petróleo, ~13% del total, con la disminución correspondiente de los contaminantes atmosféricos producidos por estos combustibles fósiles. Por otro lado, los mercados para celdas de combustible aplicadas a la generación de potencia podrían exceder los 23 millardos USD en mundo para el año 2010 (Báez et al, 2000; Freedonia, 2005; Otero, 2005).

Estrategias energéticas de EEUU y Europa

Para los EEUU, la celda de combustible y el hidrógeno constituyen la solución a su problema energético actual y a su alta dependencia de los combustibles fósiles, particularmente en la motorización. Para ilustrar el punto sirva el hecho de que el gobierno de los EEUU ha puesto en cronograma acelerado el desarrollo de la infraestructura para el hidrógeno y la tecnología de celdas de combustible. El vehículo híbrido o híbrido eléctrico (HEV) combina típicamente un motor de combustión interna de un vehículo convencional con el motor eléctrico y de baterías de un vehículo eléctrico. La combinación ofrece bajas emisiones con la potencia, alcance y sistema de combustibles de un vehículo convencional con gasolina o diesel. Las baterías no requieren ser cargadas, como en el caso de un vehículo eléctrico (Joseck, 2005). El plan contempla el desarrollo de la celda de combustible en base a hidrógeno para el 2020, de forma de producir en masa vehículos motorizados por este sistema.

La escogencia del hidrógeno como combustible del futuro se basa en su alta eficiencia energética y disponibilidad (Bennaceur et al., 2005). Se puede derivar de muchas fuentes alternas de energía como son la biomasa, geotérmica y otras fuentes solares, e igualmente se puede obtener de combustibles fósiles. Sin embargo la generación de hidrógeno de combustibles fósiles conlleva la emisión de CO₂ y con ello el efecto invernadero. Por esta razón se ha propuesto la necesidad de procesos que eviten la descarga de este compuesto al ambiente. Estos procesos se han denominado "secuestro del carbón" (USDOE, 2005b). En todo este contexto debe señalarse que el Plan Nacional de Energía de los EEUU recomienda incrementar la cooperación internacional en la búsqueda de alternativas al petróleo, especialmente en el sector del transporte, y promover soluciones basadas en el mercado para los problemas ambientales (Joseck, 2005).

La Comisión Europea ha propuesto una ambiciosa estrategia comunitaria para los biocombustibles, a partir de materias primas agrícolas. Extender su uso será sumamente beneficioso ya que reduciría la dependencia de Europa de las importaciones de combustibles fósiles, aminoraría las emisiones de gases de efecto invernadero, y proporcionaría nuevas salidas a los agricultores, además de abrir nuevas posibilidades económicas en varios países en desarrollo (Comisión Europea, 2006).

Estrategia energética para el mediano-largo plazo

La combinación de energía nuclear y la gasificación del carbón puede ofrecer en el largo plazo ciertas ventajas desde el punto de energético (Weissermel y Arpe, 1993). Así se espera que la gasificación del carbón, usando calentamiento nuclear, pueda ofrecer hasta 40% más de productos. Este proceso tiene la ventaja de que el carbón y el metano serán empleados solo como materia prima y no simultáneamente como fuente de energía. La posibilidad de desarrollar reactores de alta temperatura (800-1000ºC) parece facti ble usando el calentamiento nuclear directamente para hidrogasificación del carbón, cracking del metano o aun la generación de hidrógeno a partir de agua.

Los procesos industriales de producción de hidrógeno están basados principalmente en materias primas provenientes de fuentes fósiles y en el agua. Los tres principales métodos de producción a gran escala son los procesos petroquímicos, los basados en química del carbón y los electroquímicos (Weissermel y Arpe, 1993). Una iniciativa planteada por la BP (decarbonised fuel) utiliza la reformación del metano y secuestro de CO₂ producido (inyección y almacenamiento en el subsuelo) como una forma de evitar los efectos de este último en el ambiente (Espie, 2005).

La electrólisis del agua puede ser la vía alterna de producción de hidrógeno. La energía requerida por este proceso podría eventualmente producirse mediante celdas fotovoltaicas (ruta a en Figura 6).

Otro aspecto a considerar, relacionado con el uso masivo de hidrógeno en el planeta, es el impacto ambiental causado por el mismo. Debido al comportamiento anómalo del hidrógeno durante su expansión adiabática (efecto Joule-Thompson), su temperatura aumenta al producirse un escape, con alto riesgo de explosión con el oxígeno del aire (Gratton, 2003). Adicionalmente cabría preguntarse ¿Qué efecto podrían tener dichos escapes de hidrógeno sobre la capa de ozono?

La diversidad de fuentes constituye una salida a la crisis permanente en el mediano-largo plazo. Las ventajas locales en el aprovechamiento de ciertas fuentes alternas de energía ofrecen una salida a las comunidades. Esto se traduce en una descentralización de la energía, que les permitirá el ahorro de combustibles fósiles que podrán ser utilizados en la motorización.

Después de la Segunda Guerra Mundial, muchos países fueron atraídos por la energía geotérmica, considerándola económicamente competitiva con otras formas de energía. No necesitaba ser importada y, en algunos casos, era la única fuente de energía disponible localmente. La capacidad eléctrica geotérmica instalada mundialmente ha ido creciendo significativamente, hasta llegar a 8402MW en 2003. Su utilización en los países en desarrollo se incrementó en 500% entre 1975 y 1979, y en 223% entre 1979 y 1984. En los siguientes 16 años (1984 a 2000) el crecimiento fue de casi 150%. Durante el año 2000, 58 países reportan el uso no eléctrico de la energía geotérmica en bombas de calentamiento, agua caliente, calefacción, agricultura, acuacultura y procesos industriales. La cantidad de energía geotérmica es enorme. En tal sentido, un grupo de expertos ha estimado el potencial geotérmico mundial para la generación de electricidad en 11200TWh/año (plantas convencionales). Se ha indicado igualmente que, mediante el empleo de plantas binarias de generación de energía, este número prácticamente se puede duplicar. Si se explota correctamente, la energía geotérmica podría asumir un importante rol en el balance energético en algunos países. Bajo ciertas circunstancias, inclusive fuentes geotérmicas de pequeña escala son capaces de solucionar numerosos problemas locales e incrementar el nivel de vida en pequeñas comunidades aisladas (Dickson y Fanelli, 2004).

Por otro lado, la vieja costumbre sedentaria de guardar en verano lo que será escaso y necesario en invierno se debe aplicar a la energía también. Así, sistemas basados en transformaciones fisicoquímicas reversibles que permitan guardar el calor y, por supuesto, no contaminantes, podrán ofrecer vías de acumulación y manejo de energía solar. El esquema representado en la ruta b de la Figura 6 resume este concepto.

En el largo plazo, si se hace a tiempo el trabajo necesario en educación e I+D, el panorama debería ser más equilibrado y la crisis permanente de los combustibles fósiles deberá desvanecerse. Obviamente se debe lograr una estrategia universal con criterios y políticas concretos que deben contemplar el aprovechamiento de las ventajas energéticas locales con mayor énfasis en las energías renovables. Los combustibles fósiles seguirán presentes aun dentro de 50 años. El objetivo final es disponer de vehículos motorizados por combustibles no fósiles, con la potencia y la autonomía de los vehículos convencionales, y que estén de acuerdo con las necesidades de la sociedad moderna.

Conclusiones

La necesidad de mantener los suministros de energía para los países desarrollados, así como los requerimientos crecientes de los países en desarrollo, presionan al consumo de energía mundial, siendo esa la principal causa de la crisis permanente.

El principal problema a superar es la alta dependencia de la motorización de los combustibles fósiles (~95%). El vehículo híbrido ofrece una salida provisional o puente.

Las reservas convencionales de petróleo no serán suficientes para mantener el desarrollo de las nuevas economías y/o el suministro seguro para los países desarrollados. Se hacen necesarias nuevas fuentes de energía y más interés en I+D al respecto. Deben orientarse esfuerzos en I+D y educación hacia un mayor uso de la energía solar como la solución definitiva al problema.

La vigencia de la era del petróleo exige la explotación de petróleo no convencional e hidratos de metano, entre otras rutas.

El ambiente es un factor crucial en el uso de la energía. Los pasivos ambientales deben considerarse en la estructura de costos de los procesos de generación y uso de energía.

Se plantea una posición más ecléctica frente a la diversificación de las fuentes de energía como salida a la crisis permanente. La necesidad de más energía hará que las fuentes se diversifiquen y que el negocio de la energía se descentralice, permitiendo un mayor aprovechamiento de las ventajas locales.

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