La principal solución al cambio climático es bien conocida:dejar de quemar combustibles fósiles. Cómo hacer esto es más complicado, pero como un erudito que hace modelos energéticos, Otros y yo vemos los contornos de un futuro posterior a los combustibles fósiles:producimos electricidad con fuentes renovables y electrificamos casi todo.

Eso significa hacer funcionar vehículos y trenes con electricidad, calefacción de edificios con bombas de calor eléctricas, electrificar aplicaciones industriales como la producción de acero y utilizar electricidad renovable para producir hidrógeno (similar al gas natural) para otros requisitos. Por tanto, la atención se centra en alimentar la red eléctrica con fuentes renovables.

Hay debate aunque, sobre si los sistemas de electricidad totalmente renovables son factibles y qué tan rápido se puede hacer la transición. Aquí sostengo que la viabilidad es clara, por lo que solo la pregunta de transición es relevante.

Tecnologías conocidas

Mi investigación se centra en la economía de las energías renovables. Para demostrar la viabilidad y estimar el costo de los sistemas eléctricos renovables, los investigadores utilizan modelos informáticos que calculan la producción potencial de diferentes tecnologías en cada momento, según las condiciones climáticas cambiantes. Un modelo revela qué combinación de fuentes de electricidad y sistemas de almacenamiento de energía tiene el costo más bajo mientras siempre satisface la demanda.

Muchos estudios demuestran que las redes eléctricas completamente renovables son factibles en los Estados Unidos, Europa, Australia y otros lugares. Mis colegas y yo completamos recientemente un estudio a pequeña escala en la isla-nación de Mauricio. Las islas son lugares atractivos para las transiciones renovables iniciales debido a su pequeña escala, relativa sencillez y dependencia de los combustibles importados.

Hay varias formas de producir electricidad renovable:hidroeléctrica, viento, energía solar fotovoltaica, geotermia y quema de diversas formas de biomasa (materia vegetal), además de mejorar la eficiencia para utilizar menos energía. Estas son tecnologías maduras con costos conocidos.

Otras posibilidades incluyen ola, energía solar mareomotriz y de concentración, donde los reflectores enfocan los rayos solares para producir energía. Si bien estos pueden usarse en el futuro, la necesidad de abordar el cambio climático es urgente, y en mi estimación, las tecnologías maduras son suficientes.

Las opiniones sobre la energía nuclear son sólidas, que es otra conversación. Pero los modelos muestran que Estados Unidos no necesita energía nuclear para retirar los combustibles fósiles.

La cuadrícula del futuro

Los sistemas de energía renovable son específicos de la ubicación:el mejor sistema depende de los recursos de la ubicación (¿hace viento?), su patrón temporal (¿con qué frecuencia no hace viento?) y la disponibilidad de fuentes complementarias (¿hay energía hidroeléctrica de respaldo?). A pesar de esta sensibilidad de ubicación, los estudios en lugares dispares están encontrando resultados similares.

Tener una diversidad de fuentes renovables puede reducir los costos. En particular, la energía solar y la eólica son complementarias si la temporada de sol no es la temporada de viento; Los modelos encuentran que una combinación de ambos es típicamente menos costosa que cualquiera de ellos solo.

Para la mayoría de tecnologías, una mayor escala reduce el costo. Por ejemplo, en los Estados Unidos, Las granjas solares a gran escala pueden ser más de 1, 000 veces más grande que los sistemas de techos residenciales y aproximadamente la mitad del costo. Para minimizar el costo, construimos grandes sistemas.

Debido a que las condiciones solares y del viento varían en el paisaje, los costos del sistema caen a medida que crece el área de producción, por lo que es necesario que haya una red eléctrica robusta para trasladar la electricidad desde los lugares donde hay suministro a los lugares de demanda. También necesitamos más electricidad para aplicaciones como el transporte que actualmente utilizan combustibles fósiles. Esto significa que la red debe crecer.

Los estudios muestran que operar una red eléctrica con energía renovable variable incluirá no usar, o vertido, algo de energía a veces, una estrategia que reduce los costos en comparación con almacenar siempre el excedente de energía.

Todavía, se necesita alguna forma de almacenamiento de electricidad. Las baterías funcionan bien para suavizar las fluctuaciones a corto plazo, sino para almacenar energía durante muchas horas o días, El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo es menos costoso. La energía hidroeléctrica bombeada utiliza cualquier energía adicional en la red para bombear agua cuesta arriba, y cuando se necesita energía, el agua corre hacia abajo para generar energía en una turbina. Estados Unidos tiene algunos ejemplos existentes y muchas ubicaciones factibles. Con la expansión de la red, el almacenamiento puede estar ubicado a una distancia de los usuarios.

La energía hidroeléctrica y de biomasa están disponibles bajo demanda, por lo que tenerlos en una red eléctrica renovable reduce la necesidad de almacenamiento de energía y reduce los costos. Ambos tienen efectos ambientales que deben ser gestionados.

La energía hidroeléctrica puede alterar los ecosistemas locales. La biomasa en combustión emite dióxido de carbono, pero un estudio en el que trabajé muestra que las emisiones de biomasa son reversibles y son claramente preferibles al carbono a las emisiones de combustibles fósiles. La sostenibilidad también depende fundamentalmente de la gestión de los campos de biomasa y los bosques; el historial humano en esto no ha sido estelar.

Los sistemas de energía renovable requieren tierra. Un estudio de EE. UU. Muestra que al suministrar toda la electricidad a partir del viento, el agua y la energía solar necesitarían el 0,42% de la superficie terrestre, más el 1,6% de la superficie terrestre para el espacio entre aerogeneradores. La energía de biomasa requiere mucha más tierra que la eólica o la solar, por lo que la biomasa debe ser una pequeña parte de la solución de energía renovable.

Las barreras reales son políticas y culturales

Una futura red de electricidad renovable con electrificación asociada puede reducir o no los costos de energía. Pero evitar los peores efectos del cambio climático significa dejar los combustibles fósiles, si esto ahorra dinero o no. Todavía, la transición renovable será más rápida y políticamente más fácil si es menos costosa.

En Mauricio, nuestro estudio encuentra que los costos de la electricidad renovable son similares a los costos actuales allí, basado en los costos de capital actuales para la energía renovable. Algunos estudios también encuentran que los costos de la electricidad renovable futura son más bajos que los costos actuales de los combustibles fósiles, en el caso probable de que los costos bajen a medida que construimos más sistemas de energía renovable y mejoramos en la ejecución.

Y eso es, desde una perspectiva técnica. Una combinación de fuentes renovables y almacenamiento de energía (la combinación específica según las condiciones y preferencias locales) puede suministrar toda la electricidad necesaria a un precio asequible. y reducirá la contaminación del aire para arrancar.

Pero se necesitan políticas gubernamentales para hacer una transición a la energía renovable. El cambio climático es un costo externo, soportado por la sociedad y no por los productores de energía, por lo que las fuerzas del mercado por sí solas no harán la transición. Además de poner un precio al carbono (quizás con dividendos devueltos al público), el gobierno podría facilitar la construcción de la infraestructura necesaria. Y se necesita apoyo público:por ejemplo, La aceptación pública de las líneas de transmisión para trasladar la electricidad desde las ventosas Grandes Llanuras a los centros de las ciudades es otro desafío para una red totalmente renovable.

Un proyecto a la escala de transformar el sistema energético creará puestos de trabajo, muchos puestos de trabajo, que es quizás la medida económica de mayor importancia para la ciudadanía.

La investigación mía y de otros muestra que las redes eléctricas totalmente renovables son factibles con la tecnología actual a los precios actuales; Las barreras para el uso de electricidad renovable son más políticas y culturales que tecnológicas o económicas.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.