Benvolgudes lectores,
En aquest post faig un petit resum d’un
article que hem publicat una part del grup MEDEAS de l’ICM (l’Antonio
García-Olivares, l’Oleg Osychenko i jo mateix), que ha sortit
publicat recentment sobre el transport en un sistema 100% renovable.
Aquest article és un resultat del projecte
MEDEAS,
en particular, dels treballs que vam fer per analitzar un dels colls
d’ampolla en la transició a un sistema socio-econòmic no fòssil.
Els resultats preliminars amb models com el predecessor del model
MEDEAS, el
WoLim,
ja apuntaven a que el transport en la nostra societat globalitzada
serà una de les qüestions més importants a resoldre per fer front al
pic i disminució progressiva de la producció d’energia fòssil.
Cal aclarir que els problemes més grans que genera la dependència
fòssil del transport (bàsicament petroli) no es centren només en
els viatges que podem fer per desplaçar-nos per anar a treballar o
de vacances, pensem, sobre tot, en el transport de totes les matèries
primeres industrials, alimentació, materials per infrastructures,
etc. que caldrà adaptar per mantenir una hipotètica economia global
funcionant. L’exercici de l’article és doncs, assumint el
BAU (Bussiness as Usual, negocis com sempre o fer com
sempre hem fet) veure quins costos (energètics) i quines
implicacions tindria fer el canvi de fòssil a renovable sense tocar
res més. Aquest canvi bàsicament es basa en substituir allò que
funciona amb motors de combustió per motors elèctircs. Veiem-ne un
breu resum (pels detalls us recomano llegir tot l’
article).
En aquest treball es fa una revisió des del punt de vista energètic
i tecnològic dels sistemes de transport que s’han proposat com
alternatives provades als mitjans de transport que utilitzen els combustibles
fòssils i a les previsions per entrar en una era post-carboni.
Prenem com hipòtesi un sistema de transport igual que el que teníem
a nivell global l’any 2014.
En un càlcul conservador, si aquest sistema fòssil el substituïm
per un de renovable, s’estalvia un 18% de l’energia consumida
(aquí parlem del cost del consum per ‘moure’ persones i
mercaderies, no del cost de l’adaptació de totes les
infrastructures associades al transport i subministrament d’energia
per a aquest transport). Aquesta reducció vindria d’una reducció
del 68% en el consum d’energia en transport terrestre, però que es
compensaria en part per un increment en el consum d’energia del
transport marítim (163%) i aeri (149%). Aquests increments en el
transport marítim i aeri venen de la impossibilitat, amb les
tecnologies actuals, d’electrificar-los, és a dir, caldria
mantenir aquest transport en sistemes de combustió però, en aquest
cas, passant al gas natural, que es produïria a partir
d’electricitat generada per fonts renovables. A aquesta hipòtesi
cal afegir que assumim una reducció del transport aeri del 50%.
Això es deriva de la necessitat de produir gas natural a partir de
l'electricitat per alimentar els motors d'avions i vaixells, la qual
cosa suposa forts augments de preus d'ambdós tipus de serveis i la
disminució del transport intercontinental, cosa que pot produir una
reubicació de l'activitat econòmica. L'ús d'hidrogen per a l'avió en comptes de metà estalviarà energia, tot i que a
costa de ltenir un combnustible menys segur. D'altra banda, l'ús
del combustible per avions augmentaria el consum del sector aeri un
317% en relació amb el seu consum actual i faria que aquest sector
consumís un 47% de la demanda energètica del transport total. Això
tindria un efecte dramàtic i probablement insuportable sobre els
preus i la mobilitat aèria. Per mantenir els preus dels vols a un
nivell similar al d'avui, la ràtio d'energia consumida pel sector
aeri en relació amb l'energia total disponible hauria de ser similar
a la de l'economia actual, al voltant del 3% (IEA 2014). Una futura
economia 100% renovable, capaç d'oferir el mateix servei que l’economia
fòssil contemporània exigirà al voltant del 87% de l'energia d'
aquest últim; això suposaria 342110 PJ (Peta
Joules) de consum final per produir serveis similars als de l'economia del 2014. Si el 3% d'aquesta energia (10019 PJ) ha de ser consumit pel sector aeri, això significa que el sector aeri
renovable hauria de tenir un 35% de la mida del sector aeri del 2014
i consumiria un 35% l'energia per al sector 100% renovable. Una
fracció més gran implicaria un augment dels preus. Tantmateix, projectar la
mida exacta i els augments de preus que un futur sector aeri
toleraria és un tema complex que requeriria una anàlisi
socioeconòmica més enllà de l'abast d'aquest estudi, així doncs hem
assumit un escenari amb un 50% del nombre d'aeronaus del 2014 com a
plausible.
Atesa la manca actual d'infraestructures aeroportuàries per
emmagatzemar metà o hidrogen, en les pròximes dècades, pot ser
necessari un ús més gran dels biocombustibles a reacció per
mitigar la petjada de carboni d'acord amb les recomanacions de l'
IPCC . No obstant això, en una economia 100%
renovable, la construcció d'aquestes infraestructures i l'ús de
metà o hidrogen seria una opció més econòmica i estalviarien una
quantitat important d'energia.
La transició cap a un transport aeri i marítim 100% renovable no
suposaria cap estalvi energètic o monetari en comparació amb el
sistema actual. Per tant, des d'una perspectiva de racionalitat
econòmica, la substitució dels combustibles fòssils en el
transport ha de començar amb el transport terrestre, on estalviaria
una major quantitat d'energia i CO
2 a un cost menor i
deixaria la conversió renovable completa d’aquests dos sectors fins a més tard.
Pel que fa al transport terrestre, hem suposat dues alternatives:
(i) vehicles amb bateries, (ii) vehicles per vies o amb catenària.
Una alternativa als punts de recàrrega per a vehicles elèctrics
seria l'anomenat sistema de Vehicles Elèctrics per Vies (TEV de les
sigles en anglès: Tracked Electric Vehicles). Es basa en una idea de
l'inventor Will Jones, que busca construir autopistes especials en
les quals els automòbils no només es recarreguen mentre es mouen,
sinó que també es condueixen de manera autònoma (amb un sistema
de navegació incorporat al vehicle). Aquestes carreteres evitarien
la congestió del trànsit, ja que els cotxes podrien viatjar en una
mena de trens de vehicles. Els cotxes es recarreguen durant el
recorregut utilitzant un sistema elèctric tipus Scalextric, o
"bimotor", instal·lat al centre del carril. Gran part de
l'electricitat podria venir de panells solars situats a sobre o a la
mateixa carretera. El desplegament global d'aquest sistema seria car,
però permetria una reducció significativa de la mida de les
bateries amb el corresponent estalvi de metalls escassos.
Si es tria un sistema TEV, la seva inversió de capital seria de
5,3 x 10
13 USD (dòlars EUA), superior a la inversió en renovació de
flotes de transport. En aquest cas, la inversió total seria de 9,8 x
10
13 USD i la taxa d'inversió hauria de ser del 2,2% del
producte mundial brut per any.
Les inversions en infraestructures de transport global entre 2014
i 2025 s’
han calculat en 14 x 10
12 USD, equivalent a 1.4 x 10
12 USD l'any com a mitjana
dels pròxims anys. D'altra banda, la producció mundial de
fabricació de vehicles va ser de 66 milions de vehicles i gairebé 2
x 10
12 euros de
facturació global el 2005. El
2016, la producció mundial de vehicles va ser
95 milions de dòlars. Per tant, si la taxa de renovació per vehicle s'ha
mantingut constant aproximadament, la facturació global hauria de
ser actualment de 2,9 x 10
12 euros o 3,5 x 10
12
USD l'any. Aquesta xifra es pot considerar igual a la despesa anual
de vehicles nous. Si la transició té lloc en un termini de 30 anys,
el cost anual de renovació de la flota de vehicles seria del 34% de
les despeses anuals actuals de vehicles nous. Per tant, aquesta
substitució és factible i es pot considerar part de la renovació
habitual de la flota de transport. D'altra banda, les inversions en
infraestructures anuals en punts d'emmagatzematge i recàrrega de gas
representarien el 0,4% i el d’un sistema TEV, el 126% de la
inversió en infraestructura de transport actual. Així, una
electrificació global de la xarxa viària exigirà un esforç
d'inversió addicional del 40% respecte als nivells actuals.
A curt termini, l'escenari (i) (vehicles amb bateries) té
l'atractiu d'un cost reduït, però pot mantenir o fins i tot
augmentar la massificació d'automòbils a les nostres ciutats i, a
llarg termini, pot provocar un fort increment dels preus del níquel
i el liti utilitzats en les bateries de cotxe. L'escenari (ii)
vehicles elèctrics per vies (TEV), evitarà aquests problemes fent
les bateries de cotxe més petites i que no siguin necessaris punts
de recàrrega a les ciutats, tot i que a un cost molt elevat. Una
tercera alternativa que eviti els problemes de congestió a les
ciutats i les elevades inversions de capital és compartir cotxes
(carsharing). Es tracta d'un sistema de lloguer d'automòbils per
períodes curts de temps (tan curt com una hora) que evita la
necessitat de propietat dels automòbils i que podria reduir la flota
d'automòbils de passatgers en un ordre del 69%, augmentant el temps
mitjà d'ús per a cada cotxe. A més, maximitzaria l'ús dels cicles
de bateria. Aquest tipus de sistema sembla adequat a la disminució
del poder adquisitiu de les classes mitjanes que s'ha observat als
països desenvolupats des del 2008 i als preus relativament alts dels
cotxes elèctrics actuals.
En l'escenari (i), l'energia embeguda necessària per a la
transició del transport és 16415 PJ, el 91% per a vehicles, el 2.4%
per als avions, el 2,9% per a vaixells, l'1,2% per a l'electrificació
de ferrocarrils, l'1,8% per a l'emmagatzematge de gas i el 0,2% per punts de recarrega. Això equival al 4,2% de l'energia
secundària (en els punts de consum)
produïda el 2014 i
al 16% de l'energia secundària consumida pel sector del transport el
2014. Si la transició es produís en un termini de 30 anys, la
inversió seria d'aproximadament el 0,1% de l'energia secundària
total anual (0,5% de l'energia consumida per transport per any). En
l'escenari (ii), aquestes xifres serien del 9,7% de l'energia
secundària de 2014 i una inversió del 0,3% de l'energia secundària
de 2014 per any.
La nostra estimació no considera nous requisits d'infraestructura
per a l'alimentació del sistema d’electricitat a gas. La transició
també hauria d'anar acompanyada d'una nova infraestructura per a la
producció d'energia renovable, la redundància dels sistemes
energètics (renovables) i les xarxes intel·ligents per
interconnectar els llocs de producció, emmagatzematge i consum
elèctric. Les inversions de capital i energia necessàries per a la
nova infraestructura necessària per a una economia 100% renovable,
no s’estudien en aquest treball. No obstant això, el fet que
l'energia incorporada al capital fix de les infraestructures de
transport sigui només una petita fracció de l'energia secundària
utilitzada anualment per l'economia, suggereix que la nova
infraestructura no serà la part principal del problema en una
transició 100% renovable.
El cost total de capital de
la nova flota de vehicles, vaixells, trens electrificats i avions
seria, amb els nostres supòsits, 3.9 x 10
13 USD, un 88%
per a la construcció de la flota de vehicles, un 8% per a la nova
flota d'avions, un 2,8% per a la nova flota de vaixells i 1,2% per a
la nova infraestructura elèctrica del ferrocarril (locomotores i
catenàries). La incorporació de les estacions de recàrrega i la
infraestructura de transport de gasos no canviaria de manera visible
aquests resultats.
Si prenen com a referència el producte mundial brut:
74 x 1012$ USD1990 (dòlars de l'any 1990) el 2016, que equival a
13.6 x 10
13 $ USD2016 (dòlars de 2016). La nova
infraestructura, costaria el 33% del producte brut mundial de 2016. Si
això s'aconsegueix en un termini de 30 anys, la taxa d'inversió
anual hauria de ser del 1,1% del producte mundial brut per any (amb
les hipòtesis que hem proposat en aquest estudi). Atès que la
formació del capital mundial és el
25% del producte mundial brut, aquesta inversió sembla factible, tot i que hauria
d'anar acompanyada d'una inversió similar en infraestructures de
producció d'energia renovable.
Els mercats estan invertint cada vegada més en la producció i el
transport renovables, però no amb els increments anuals necessaris
per evitar un canvi climàtic irreversible.
El necessari canvi tecnològic profund i les inversions en la
implementació per a l'electrificació del transport suggereix que
cal un esforç decisiu en l'àmbit polític i pràctic dels governs.
Això planteja reptes immediats, en part esmentats aquí, que poden
requerir polítiques decisives i nous enfocaments per assolir els
objectius projectats per donar suport a la descarbonització del
sistema de transport.
Les restriccions principals de materials escassos que poden posar
en perill el desenvolupament a gran escala de bateries a bord, motors
elèctrics, piles de combustible i aeronaus renovables són: les reserves
limitades de liti i níquel, les reserves de coure limitades, l'ús de
metalls rars com platí i pal·ladi en cel·les de combustible i els alts
costos d'energia per sintetitzar combustibles aeronàutics a partir
d'electricitat.
Recomanem doncs un conjunt de mesures per part de governs i
societat civil per anticipar aquests riscos:
- Substitució de la major part del transport terrestre interurbà
actual, que es basa en camions i cotxes particulars, mitjançant
trens elèctrics per a mercaderies i passatgers.
- Ús de vehicles elèctrics només per a transport de curta
distància entre ciutats sense alternativa de transport públic.
- Ús limitat dels vehicles elèctrics, que es tradueix en una
flota relativament petita. La mida actual podria considerar-se un
límit superior, però no solucionaria els problemes de congestió a
les ciutats, podria augmentar els preus de metalls importants com Ni
i Li, i podria posar en perill la seva disponibilitat per a altres
usos industrials. S'hauria de donar prioritat al transport públic
electrificat.
- Ús de les piles de combustible només quan la demanda
d'autonomia i potència del vehicle ho exigeixi.
- Reducció de flotes d'aviació a favor de (i) sistemes
ferroviaris i (ii) transport marítim, en aquest ordre.
- La reorganització i la reducció del trànsit marítim, ja que els
vaixells de càrrega serien els principals consumidors de
combustibles a partir d'ara i les piles de combustible d'hidrogen i
biogàs en el futur.
- Optimització de la logística i el treball, per reduir la
demanda de viatges.
- Desplaçament de "modes" de transport d'alta a baixa
intensitat energètica. Els paràmetres apropiats per quantificar
aquests modes d'intensitat i priorització serien de kWh per cada
passatger-km i kWh per Tm-km.
- Millora de l'eficiència energètica, no només mitjançant l'ús
de les millors tecnologies disponibles, sinó també mitjançant
l'actuació en infraestructures de transport urbà i públic. El
foment del TaaS (transport com servei) i l'intercanvi d'automòbils
tenen un gran potencial per reduir la demanda d'energia i materials
per al transport per carretera.
Algunes de les limitacions de la present anàlisi inclouen la
incertesa, imprevisibilitat o dificultat de projectar els següents
factors:
- Tecnologies disruptives que puguin substituir recursos crítics
o alleujar el dèficit energètic.
- Evolució de la distribució demogràfica i migracions forçades
pel canvi climàtic i futures guerres.
- Evolució de la desigualtat econòmica, que podria obstaculitzar
les inversions renovables en molts països.
- Decisions polítiques i de mercat que fomentin camins específics
de transició del transport actual de combustibles fòssils al
transport elèctric. Consens sobre la disposició dels estats a tot
el món en el desplegament d'una economia descarbonitzada, que
pot traduir-se en diferents escenaris de com es finança i fomenta la
transició.
- Recursos econòmics disponibles en futurs escenaris de crisis
climàtiques i ambientals.
Una altra conclusió d'aquest estudi és que un sistema de
transport renovable és factible, però no necessàriament compatible
amb el creixement exponencial habitual del consum de recursos. Estem
entrant en una època on les inversions requerides en les pròximes
dècades suposaran l'ús de grans fraccions de les reserves de
metalls importants com Cu, Ni, Li, Pt i Pa. Alguns d'aquests metalls
(per exemple, Pt i Pa) tenen propietats físiques específiques que
els fan essencials. Per tant, qualsevol política per a la transició
renovable necessària ja no es pot basar exclusivament en preus i
incentius, sinó que ha de considerar també les reserves geològiques i
l’escassetat dels materials. En els propers 50 anys, la manca
d'elasticitat de les reserves metàl·liques probablement accelerarà
la necessitat de dissenyar una economia post-capitalista que utilitzi
noves eines econòmiques. Algunes d'aquestes eines serien l'ús
d'indicadors geofísics i de sostenibilitat, l'abandó del PIB com a
principal indicador de l'èxit econòmic, la incorporació a
l'economia de la planificació a llarg termini i l'avaluació
ambiental científica i, sobretot, la introducció de nous mecanismes
que puguin crear prosperitat sense augmentar necessàriament el
consum de recursos i materials.
Salutacions,
SZD