La energía verde, el Internet de las cosas y el costo marginal cero Gustavo Gonzalez Urdaneta

La energía verde, el Internet de las cosas y el costo marginal cero

Gustavo Gonzalez Urdaneta

Miami, 26 agosto 2018

Bill Gates se convirtió en el hombre más rico de la tierra al finalizar la era de los llamados “mainframes” en los inicios de los computadores personales. Hoy en dia estamos en el periodo de transición hacia el final de los “mainframes de energía”. El mundo está aprendiendo, y tiene que seguir aprendiendo, del mundo de las “energías distribuidas renovables”. Eso se da tanto en el tercer mundo como en las grandes economías del mundo en sintonía con el Acuerdo del Cambio Climático de Paris.

Dado que la disponibilidad de todo producto finito se va agotando con el tiempo, su costo marginal tenderá siempre a subir excepto en dos variantes: Uno, que las energías solares y eólicas avanzan hacia el cero costo marginal por basarse en recursos no agotables con una tecnología innovadora en crecimiento exponencial, y otro, que cuando la oferta de energía, incluyendo la renovable, supere la demanda, el costo de la energía pueda ser “negativa”, como ha sucedido en Alemania y California.

Queda abierta, sin embargo, una gran interrogante ¿Podrá la energía renovable hacerse cargo por sí sola de un planeta cuya población aumenta en forma sostenida y de una economía mundial que requiere de un crecimiento permanente para hacer frente a la expansión poblacional?

Si hace veinticinco años nos hubieran dicho que al cabo de un cuarto de siglo la tercera parte de la humanidad se estaría comunicando, intercambiando audio, video y textos, mediante redes mundiales que conectarían a centenares de millones de personas y, que el costo de hacerlo seria casi nulo, no lo hubiéramos creído y, ahora, es una realidad.

¿Y si alguien nos dijera que dentro de veinticinco años la mayor parte de la energía destinada a los electrodomésticos, a las oficinas, a los vehículos, a la calefacción/aire acondicionado y a todos los componentes de la economía mundial, también será casi gratuita? ¿Qué diríamos?

Aparentemente no hará falta esperar tanto porque muchos usuarios ya han instalado en sus hogares y empresas, muchas microcentrales eléctricas que generan energía renovable en situ y, antes de que se recuperen los costos fijos de la instalación solar o eólica – de uno a ocho años – el costo marginal de la energía obtenida es prácticamente nula. A diferencia de los combustibles fósiles de las centrales termoeléctricas y del uranio de las centrales nucleares donde la materia prima cuesta algo, todos los insumos (viento, sol, basura, el calor del subsuelo y el agua) son prácticamente gratuitos.

Por último, ¿Y si el costo marginal del trabajo humano en la producción y distribución de bienes y servicios cayera a hasta llegar casi a cero porque la tecnología inteligente sustituyera a trabajadores de todos los sectores industriales, profesionales y técnicos permitiendo a las empresas llevar gran parte de la actividad comercial de una manera mas inteligente, eficaz y económica que con trabajadores convencionales? También esto ya es una realidad, millones de trabajadores han sido sustituidos por tecnología inteligente en todo el mundo.

La aproximación a un coste marginal cero y a unos bienes y servicios casi gratuitos es una función de los avances en la productividad, entendida como “una medida de eficiencia productiva expresada por la proporción entre aquello que se produce y lo que es necesario para producirlo”. El nivel optimo de producir se daría cuando el costo de una unidad adicional de un producto se aproxime a cero.  Eso es cierto y en el caso de la energía eléctrica, sólo cuando la energía sea 100% renovable o de costo marginal casi cero. ¿Es factible y deseable una sociedad de costo marginal cero?

Examinando las dos primeras revoluciones industriales nos encontramos que los aumentos de productividad y del crecimiento fueron posibles gracias a la matriz de comunicación/energía y a la plataforma tecnológica en que se basaban las empresas (electricidad, telégrafo y teléfono, vehículos, red vial, petróleo y sus derivados). Las energías fósiles han madurado, y llevarlas al mercado es cada vez mas caro. Además, las tecnologías diseñadas para aprovecharlas, como el motor de combustión y la red centralizada de distribución eléctrica, han agotado su productividad y les queda poco potencial que explotar. Huelga decir que es imposible llegar a una eficiencia termodinámica del 100 %. Sin embargo, estudios recientes indican que es posible aumentar la eficiencia energética agregada al 40% o más en los próximos 40 años.

Este aumento enorme de la productividad será posible porque el naciente Internet de las cosas (IdC) es la primera revolución de la historia basada en una estructura inteligente que conectara cada máquina, cada empresa, cada vivienda y cada vehículo en una red inteligente formada por un Internet de las comunicaciones, un internet de la energía y un Internet de la logística integrados en un único sistema operativo. Esta infraestructura inteligente ofrecerá a las empresas conectadas a la red un flujo continuo de datos que las empresas podrán procesar y mejorar su rendimiento termodinámico, aumentar drásticamente su productividad y reducir casi a cero los costos marginales en toda la cadena de valor.

La evolución del IdC probablemente será similar a la que ha seguido la World Wide Web (www) desde su nacimiento en 1990 hasta ahora, con una curva exponencial que ha provocado una caída en picada de los costos de producir y enviar información. Hay que reconocer que estas afirmaciones pueden parecer exageradas hasta que examinamos en detalle el significado de la palabra “exponencial”.  Cual sería tu respuesta si te propongo una elección hipotética: ¿Preferirías aceptar un millón de dólares en efectivo o cobrar un dólar el primer dia e ir doblando la cantidad cada dia durante un mes? Es casi seguro que la mayoría prefiere el millón de un solo golpe. Resulta que, si lo calculas a partir del dólar inicial y vas doblando cada dia la cantidad, al cabo de 31 días el total ascendería a mas de mil millones de dólares.

El costo marginal de la potencia informática se está acercando a cero. La curva exponencial que ha seguido la informática ha cambiado radicalmente nuestra manera de vivir y ha traspasado sus fronteras y se ha convertido en un patrón para medir el éxito economico en toda una gama de tecnologías y para medir el rendimiento de las inversiones de capital y el éxito comercial.

Donde más se habla hoy del crecimiento exponencial es en el sector de las energías renovables. Muchos de los actores principales en este sector proceden del mundo de la informática y de Internet y aplican su saber al nuevo paradigma energético porque han observado dos paralelismos muy reveladores entre los dos campos. En primer lugar, la capacidad de captación de energías renovables está siguiendo su propia curva de crecimiento exponencial en el caso de la energía solar y eólica, y se espera que suceda lo mismo con la bioenergía y la energía geotérmica. El sector renovable ha tenido, al igual que la informática, unos costos iniciales elevados para investigar, desarrollar y sacar al mercado cada nueva generación de tecnología. En segundo lugar, y como sucedió con el Internet de las comunicaciones, el costo inicial de crear un Internet de la energía también es considerable y el costo marginal de producir cada unidad de energía solar o eólica es casi nulo. Y como ha sucedido con la información, las energías renovables serán prácticamente gratuitas una vez descontados los costos fijos de investigación, desarrollo e implementación.

Las tecnologías de Internet y de las energías renovables están empezando a fusionarse para crear un Internet de la energía que cambiara el modo de generar y distribuir energía en la sociedad. Muchas personas producirán su propia energía renovable en hogares, oficinas y fabricas y cuando las comunicaciones por internet gestionen esta energía verde, cada persona se convertirá en su propia fuente de energía tanto en un sentido figurado como literal. La curva exponencial en el caso de las energías verdes ha despertado un interes enorme en la comunidad científica.

El impacto en la sociedad será aún más pronunciado si se tiene en cuenta el inmenso potencial del Sol como fuente de energía. El sol llega a cada metro cuadrado de nuestro planeta con más de 1,360 vatios de potencia. La mitad de esa energía es absorbida por la atmósfera o reflejada de vuelta al espacio. 700 vatios de potencia, en promedio, alcanzan la superficie de la Tierra. Sumado a través de la mitad de la Tierra sobre la que brilla el sol, eso es 89 petavatios de potencia. En comparación, toda la civilización humana usa alrededor de 15 terawatts de potencia, o una seismilésima parte. En 14 segundos y medio, el sol proporciona tanta energía a la Tierra como la humanidad la usa en un día.   Cada 88 minutos la Tierra recibe 470 exajulios de energía solar, la misma cantidad de energía que consume la humanidad en un año. Si solo captáramos una decima parte del 1% de la energía que llega del Sol, obtendríamos seis veces la energía que hoy consume la economía mundial en todas las formas, casi sin emisiones de gases de efecto invernadero.

Volvamos ahora a la interrogante abierta al inicio ¿Podrá la energía renovable hacerse cargo por sí sola de un planeta cuya población aumenta en forma sostenida y de una economía mundial que requiere de un crecimiento permanente para hacer frente a la expansión poblacional?

En un lado de la balanza están los tecnooptimistas que aseveran que la transición del mundo al 100 por ciento de electricidad renovable no es solo un sueño ecologista, sino que es "factible cada hora del año" y es más rentable que el sistema actual, que depende en gran medida de los combustibles fósiles y la energía nuclear y que el potencial de energía renovable existente y las tecnologías, junto con el almacenamiento, pueden generar energía suficiente para satisfacer la demanda mundial de electricidad para 2050. En el otro platillo, están los tecnopesimistas, que piensan que un mundo de energía limpia, confiable y segura no está a la vuelta de la esquina y que consideran que la mayoría de las necesidades de electricidad del planeta seguirán siendo impulsadas por el carbón y gas natural hasta el 2040, a pesar del fuerte crecimiento energías de renovables no hidroeléctricas como la eólica, la solar y la geotérmica.

Aunque acepto aspectos de ambos bandos sigo siendo un optimista pragmático, considero que las tendencias se pueden acelerar, ralentizar o incluso revertir, pero, si bien por una parte están a la vuelta grandes cambios en el uso de recursos y en los modelos comerciales de la energía, una parte de las necesidades de electricidad del planeta seguirán siendo impulsadas por el carbón y gas natural en el 2040 pero con un fuerte crecimiento en energías renovables no hidroeléctricas como la eólica, la solar y la geotérmica. Los altibajos entre ellas forman parte de la naturaleza de los negocios y parte del progreso. Pero si algo es cierto es que las energías limpias llegaron para no irse, pero eso no es una revolución sino una evolución. Sin embargo, hasta la fecha no existe una solución satisfactoria para la incorporación de las energías renovables a los sistemas interconectados nacional e internacionalmente. Las soluciones son a través de algún tipo de microrredes.

La investigación, compilada por Lappeenranta University of Technology (LUT) y el grupo sin fines de lucro Energy Watch Group (EWG), presentada en diciembre 2017 soporta el enunciado de los optimistas basados en las premisas de que la población mundial crezca de 7.300 a 9.700 millones y la demanda mundial de energia para el sector eléctrico aumentará de 24.310 TWh en 2015 a alrededor de 48.800 TWh en 2050.

Los investigadores estiman que el costo total nivelado de la electricidad (CNE) en un promedio global de electricidad 100% renovable en 2050 es de $ 61 / MWh (incluyendo reducción, almacenamiento y algunos costos de red), en comparación con $ 82 / MWh en 2015. Debido al rápido descenso de los costos, la energía solar fotovoltaica y el almacenamiento de baterías impulsan cada vez más el sistema eléctrico, con energía solar fotovoltaica que llega al 69%, energía eólica al 18%, energía hidroeléctrica al 8% y bioenergía al 2% de la electricidad total en 2050.

Esta no es la primera vez que los investigadores sugieren que el camino del planeta hacia el 100 por ciento de energías renovables es posible. El profesor de Stanford Mark Jacobson y 26 investigadores han desarrollado hojas de ruta revolucionarias para 139 países para la transición al 100 por ciento de energía limpia y renovable para el 2050.

Las hojas de ruta prevén que los países colectivamente responsables de más del 99 por ciento de las emisiones mundiales de carbono se desplazan de los combustibles fósiles a la energía generada por el agua, el viento y el sol. "La solución es electrificar todos los sectores energéticos", dice el informe, que incluye transporte, calefacción y refrigeración, industria, agricultura, silvicultura y pesca. La propuesta de cada nación varía en función de las condiciones económicas y geográficas, pero colectivamente dependería de un 57.6 por ciento de energía solar y un 37.1 por ciento de energía eólica, mientras que también utiliza energía geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz y de olas.

El panorama energético es un mundo de interrupción y contradicción, mezclado con continuidad y una pizca de esperanza. Por ejemplo, de acuerdo con la información compilada por “Looking Ahead: The 50 Global Trends That Matter”, mientras el mundo busca nuevas formas de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas al cambio climático, las energías renovables no hidroeléctricas podrían más que triplicar su participación en el suministro de energía mundial para 2040 (10.4%-2016 incluye hidro) con los países de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE)   creciendo a 4.6% anual y los no-OCDE a 7.4%. El crecimiento promedio de las energías renovables modernas ha sido 5.4% en la ultima década.

Aquí está la contradicción. Incluso después del auge de las energías renovables no hidroeléctricas, la Agencia Internacional de Energía (AIE) estima que la participación total del sector en la generación eléctrica mundial será de solo 17 por ciento para 2040, ya que el carbón (31 por ciento) y el gas natural (24 por ciento) seguirán siendo fuentes de energía de bajo costo y confiables. Esa proyección del 17 por ciento podría ser baja: la AIE ha subestimado consistentemente el crecimiento de las energías renovables, y si el mundo tomó medidas muy enérgicas sobre el cambio climático, la AIE calcula que podría llegar al 31 por ciento. Pero incluso en ese escenario, los combustibles fósiles todavía forman parte del futuro (30 por ciento).

Y aquí hay un ejemplo de contradicción y continuidad. La contradicción: si frenar las emisiones de gases de efecto invernadero es una prioridad urgente, ¿por qué no es más popular la generación de energía nuclear? Por el momento, la energía nuclear es la única forma de emisiones cero para mantener las luces encendidas las 24 horas, pero su capacidad se mantendrá en 12% durante el próximo cuarto de siglo, según la información de Looking Ahead. En cuanto a la continuidad: la fusión nuclear sigue siendo prometedora. El potencial de la fusión siempre ha sido tentador. Podría ser 20 veces más eficiente que la fisión, y el desperdicio creado es en forma de helio no radiactivo. En asociación con otros seis países, Francia, que genera más del 75 %de su potencia con tecnología nuclear, tiene previsto abrir una planta de fusión de demostración en 2019. Sin embargo, aún existe incertidumbre sobre la viabilidad de la tecnología, que es precisamente lo que se ha dicho desde la década de 1950.

En marzo de 2017, los operadores de la red en California cortaron 80 gigavatios-hora de la energía renovable del estado porque la red no podía manejar la oleada solar de la tarde; sin más capacidad para almacenar energía, se producirán reducciones aún mayores. En Texas, entre muchos otros lugares, los precios se vuelven negativos cuando el viento sopla con fuerza, pero la gente no necesita demasiada electricidad, en otras palabras, las empresas le están pagando a los clientes para que usen la electricidad que generan. Las empresas que no han visto venir estos cambios han fracasado. Las valoraciones de mercado de los cuatro principales servicios públicos alemanes son aproximadamente un tercio del nivel que tenían hace una década, en gran parte porque permanecieron atascados con los costos del antiguo sistema de energía eléctrica incluso cuando el gobierno brindaba un apoyo generoso para las energías renovables. Veamos las tres grandes economías mundiales.

La Unión Europea se caracteriza por la planificación estructurada de la llamada Iniciativa de la Tercera Revolución Industrial. Este camino se sustenta en varios pilares. Uno de ellos busca convertir a los inmuebles en minicentrales de generación de energía eléctrica. Ello se lograría, por ejemplo, dotándolos de paneles solares o de máquinas para convertir la basura en energía. Otro, convergente con el anterior, buscaría dotar a dichos inmuebles de mecanismos adecuados para conservar la energía obtenida, contrarrestando los altibajos en su capacidad de generación. Tal sería el caso de baterías que conservaran la energía obtenida por los paneles solares en momentos de sol. Otro pilar apuntaría hacia la creación de redes bidireccionales de transmisión de energía eléctrica. Los inmuebles podrían así intercambiar su energía: recibiéndola cuando fuese deficitaria o donándola para su retransmisión donde fuese requerida. Los vehículos eléctricos, de su parte, cargarían sus baterías en los propios estacionamientos de los inmuebles.

En los Estados Unidos, la evolución energética tendrá profundos efectos mucho más allá de los empleos y el crecimiento económico que catalizará la energía barata. Cuando se trata de electricidad, la economía favorece cada vez más el gas natural y las energías renovables, lo que hace que sea aún más difícil para el carbón, que representó casi la mitad de la generación de electricidad de U. S. en 2007, pero solo el 30 por ciento en 2017. La mayoría de los trabajos de carbón no regresan. La era en la que la política energética se centró en la seguridad de los suministros de recursos brutos, el acceso a barriles de petróleo crudo y toneladas de carbón ha terminado. Hoy, la tarea de los responsables de las políticas es gestionar las implicaciones de un nuevo mundo de energía barata y abundante. A pesar del crecimiento de las renovables (18%) la energía en EE. UU. sigue siendo aportada en su mayoría por gas (32%) y carbón (30%) con la nuclear (20%) constante en la última década.

Otro de los caminos es el seguido por China. Éste busca acumular tantas fuentes de energía renovables como posible, moviéndose con rapidez y sin concierto o prioridad en todas las direcciones. Es así como el país se ha lanzado en un ambicioso proceso de construcción de centrales nucleares. Ello busca alcanzar una capacidad de 88 GW para 2020 y de 150 GW para 2030. Ello incluiría, incluso, la construcción de dos centrales flotantes. Al mismo tiempo, China persigue alcanzar una capacidad de generación de energía solar de 1.000 GW para 2030 y otra de energía eólica de 400 GW también para 2030. Se trata de un proceso agregativo desordenado.

Mirando hacia el futuro aún no se ha dicho la última palabra sobre nada de esto, por los momentos, la información disponible apunta a una estrategia energética mundial y seguirá siendo, más de todo lo anterior. Más energías renovables y más combustibles fósiles. Más acceso al poder y muertes adicionales relacionadas con la falta de acceso. Gran cantidad de petróleo estadounidense y más petróleo de la OPEP. Si hay un solo hilo que conecte todas estas tendencias, es que, si bien una revolución energética global puede no ser inminente, la evolución de la energía está muy avanzada y las tecnologías de Internet y de las energías renovables están empezando a fusionarse para crear un Internet de la energía que cambiara el modo de generar y distribuir energía en la sociedad.   

Volvamos a la pregunta dejada en el aire ¿Es factible y deseable una sociedad de costo marginal cero?  Una sociedad de costo marginal cero donde la abundancia haya sustituido a la escasez sería totalmente diferente de la sociedad a la que estamos acostumbrados.  Abundancia es una palabra difícil de definir. Su significado es más bien relativo pero la sustentabilidad de nuestro planeta no lo es y, parafraseando a Gandhi, lo importante es vivir conforme a la satisfacción adecuada de las necesidades humanas, no con respecto a la codicia.   Sigue siendo la regla de oro que nos debía guiar. La apuesta teórica de una sociedad de costo marginal cero se queda en el aire en aquellas sociedades que sufren la actual crisis económica, donde cada vez más se produce un retroceso hacia los valores materialistas debido al aumento de la pobreza.

Comparto la opinión de que el mundo no necesita costo marginal cero ni empresas que su meta sea únicamente reducir costos sino aumentar el valor economico con más innovación que se traduzca en crecimiento economico, beneficios y empleo. La tecnología, los nuevos modelos de gestión y la globalización deben llevarnos a costos más bajos que permitan explorar nuevas soluciones de mayor valor agregado que mejoren nuestra calidad de vida y satisfagan nuestras expectativas.

Bibliografía

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13.   Ren21-Renewables Global Status Report (GSR) 2018

14.   Ramez Naan, “Smaller, cheaper, faster: Does Moore's law apply to solar cells?”, Scientific American, Guest Blog, March 16, 2011