23 de septiembre de 2024

Por qué y cómo medir la electrificación

¿Cuánto de nuestra electricidad proviene de fuentes de energía de bajo carbono? Esta pregunta clave es la razón por la cual se creó este sitio web. Generar electricidad sin combustibles fósiles es necesario para combatir el cambio climático (y también limpiaría nuestro aire). Pero aunque el progreso medido por esta métrica es necesario, no es suficiente, y centrarse demasiado en la métrica de electricidad limpia puede ser problemático.

Para entender por qué, veamos dos países que ya han descarbonizado la mayor parte de su electricidad: Brasil (92%) y Suecia (95%). Juzgando por la métrica de electricidad de bajo carbono, estos dos países parecen estar casi listos. ¿Lo están?

No. Aunque su electricidad está casi libre de combustibles fósiles, siguen consumiendo carbón, petróleo y gas fuera del sector energético. Globalmente, casi todo el petróleo, dos tercios del gas natural y un tercio del carbón se utilizan para propósitos distintos a la generación de electricidad. En otras palabras, incluso con un 100% de electricidad de bajo carbono en todo el mundo, el consumo de petróleo apenas cambiaría, el gas natural solo se reduciría en un tercio, y un tercio del carbón - el peor emisor de gases de efecto invernadero de todos los combustibles fósiles - permanecería.

La buena noticia es que gran parte de este uso de energía puede electrificarse. Los vehículos con motor de combustión interna (ICE) pueden ser reemplazados por autos eléctricos, las calderas de gas pueden ser sustituidas por bombas de calor y se están haciendo esfuerzos para reemplazar el carbón utilizado en la producción de acero y cemento.

La métrica de electricidad de bajo carbono no captura el progreso en estos sectores. Necesitamos una nueva métrica: una que mida hasta qué punto el uso de energía en todos los sectores ha cambiado hacia la electricidad. La métrica de energía limpia mide el progreso dentro del sector eléctrico, pero ¿qué tan significativo es el sector eléctrico para las emisiones totales? Si un país tiene una red limpia, pero esta red solo alimenta una pequeña parte de la economía, entonces el impacto de esta descarbonización es limitado. Para ser más específicos, el impacto en las emisiones se determina por la métrica sobre la que trata este artículo: la Electrificación. He aquí una forma de pensarlo:

Descarbonización Total = Energía limpia (%) * Electrificación (%).

Esta fórmula es simplista, por supuesto. No tiene en cuenta los factores exactos de emisión de cada fuente de energía, y sugiere que todas las fuentes de energía no eléctricas son fósiles (lo cual es mayormente, pero no siempre cierto, siendo los biocombustibles y la energía geotérmica excepciones significativas en algunas regiones). Pero, aunque es simplista, creo que esta fórmula es útil y supone una gran mejora frente a una sola métrica de electricidad de bajo carbono.

Entonces, ¿cómo medimos la electrificación? La respuesta intuitiva podría ser:

Electrificación = Electricidad / Energía Total

El problema con este enfoque es que es muy difícil de calcular. Esto se debe a que la electricidad y la “energía total” se miden de diferentes maneras. La electricidad es bastante sencilla: es la energía generada por las plantas de energía. Hay algunas pérdidas de energía durante la transmisión de electricidad, pero son relativamente menores. La energía total, por otro lado, es mucho más compleja. La medida más común se llama energía primaria, que mide el contenido de energía en los combustibles fósiles antes de ser quemados. Las pérdidas de energía incurridas durante la combustión de carbón, gas y petróleo son significativas: en la mayoría de los casos, se pierde más de la mitad de ese contenido energético como calor. Comparar directamente la electricidad y la energía primaria es engañoso porque sugiere que 1 unidad de energía primaria necesita ser reemplazada por 1 unidad de electricidad.

Hay una solución llamada el método de sustitución que estima el equivalente en energía primaria de la electricidad basado en estimaciones de pérdidas promedio de energía. Aplicar el método de sustitución a la electricidad y luego compararlo con la energía primaria es una forma de estimar la electrificación. Usar promedios está bien a escala global (la electrificación mundial en 2018 fue del 39.8% usando cifras de la IEA, o 41.2% según EI). Pero aplicar números promedio de pérdida de energía a nivel de país introduce mucho ruido. Un ejemplo extremo es que este método diría que la electrificación en Noruega en 2018 fue del 105% (usando números de la IEA).

Podríamos intentar estimar las pérdidas de conversión de energía primaria para cada país, tal vez basadas en su mezcla específica de energía: el gas natural, por ejemplo, puede quemarse con una eficiencia significativamente mayor que el carbón. Los números de electrificación creados usando este enfoque podrían terminar diciendo más sobre las estimaciones y suposiciones del método de cálculo que sobre las tendencias reales. Agregando a la imprecisión, diferentes fuentes de datos de energía primaria a veces informan números muy diferentes. Por ejemplo, si usamos números del Energy Institute, la electrificación en Suiza en 2019 fue del 53%; si en cambio usamos números de la IEA, fue del 64%. ¿Cuál es verdad?

Proponemos un método alternativo. En lugar de usar números de energía primaria, usamos números de emisiones de gases de efecto invernadero para el sector energético en su conjunto, y comparamos estas con las emisiones del sector eléctrico. Este método se centra en el impacto ambiental real de la electrificación. Dado que la pregunta que queremos responder es qué impacto está teniendo la electricidad en las emisiones totales, tiene sentido comenzar con cifras de emisiones.

Las emisiones de generación eléctrica dependen de la fuente de energía. Usando cifras del IPCC, el viento y la nuclear tienen las emisiones más bajas en torno a 12 gCO2eq/kWh. En contraste, las emisiones del carbón son casi 70 veces mayores. Si comparamos directamente las emisiones reales de electricidad con las emisiones de energía, la proporción sería una medida tanto de la descarbonización de la electricidad como de la electrificación. Queremos aislar el impacto de la electrificación. Para hacerlo, primero necesitamos eliminar el impacto de la descarbonización.

Simulamos un escenario donde toda la electricidad es generada por combustibles fósiles, lo que nos permite estandarizar la medición a través de diferentes niveles de descarbonización. Esto nos permite medir la electricidad de manera uniforme, independientemente del progreso en descarbonización. La fórmula básica que usamos es:

Electrificación = Emisiones de Electricidad Fósil / (Emisiones de Electricidad Fósil + Emisiones de Energía No Eléctrica)

Una manera de pensar sobre esta métrica es que, si la electrificación es del 100%, entonces el 100% de las emisiones relacionadas con la energía dependen de cómo se genera la electricidad. Por otro lado, si la electrificación es solo del 20%, entonces descarbonizar la red solo puede impactar el 20% de las emisiones totales de energía.

Para obtener datos sobre las emisiones del sector energético, utilizamos las siguientes fuentes: IEA, ClimateWatch, PIK, UNFCCC y el Energy Institute. En algunos casos, diferentes fuentes informan números muy diferentes. Aplicamos un filtro para que solo los números confirmados por múltiples fuentes (con una diferencia de menos del 3%) sean incluidos.

Principales Hallazgos

Revisemos los dos ejemplos anteriores. Nuestros cálculos le dan a Brasil una puntuación de electrificación del 52%. Suecia lo hace mejor, con un 81%. Ambos países superan el promedio global (48%) y ambos tienen más trabajo por hacer. Esta métrica nos da una idea de cuánto trabajo falta por hacer.

¿Qué países tienen las tasas más altas de electrificación? Los 10 principales son:

Islandia	91.3%
Bután	90.0%
Paraguay	81.7%
Suecia	81.2%
Laos	79.4%
Noruega	75.9%
Tayikistán	69.8%
Montenegro	68.7%
Malta	66.5%
Zambia	65.9%

Islandia es el país más electrificado del mundo, según nuestros cálculos. También tiene la generación de electricidad per cápita más alta por un amplio margen. La pequeña población de Islandia, su gran disponibilidad de energía hidroeléctrica y su muy significativa industria del aluminio lo convierten en un caso único.

Puede resultar más sorprendente que Bután ocupe el segundo lugar. Esto se debe en parte a que su generación de electricidad (toda ella proveniente de energía hidroeléctrica) es mayor que su demanda interna: en 2014 (el año más reciente con datos de emisiones consistentes), el 70% de la electricidad se exportó. En términos de producción, el 90% del sector energético de Bután está electrificado, pero en términos de consumo (excluyendo exportaciones netas), el número sería mucho menor.

Descendiendo en la lista, resulta que ser un exportador neto significativo de electricidad es una característica común de muchos de los países que ocupan un lugar alto. Paraguay exporta el 60% de su electricidad, Suecia el 15%, Laos el 78%, Noruega el 8%, Tayikistán el 8%, Montenegro el 5% y Zambia el 7%. Todos estos países registrarían números de electrificación más bajos si excluyéramos las exportaciones netas. Por otro lado, parece justo clasificar a estos países en alto: la medida en que sus redes están descarbonizadas afecta no solo a sus propias emisiones sino también a las de los países vecinos.

Alta electrificación, baja descarbonización

Si un país ha logrado un alto grado de electrificación, pero la mayor parte de su electricidad sigue siendo fósil, significa que limpiar su red tendrá un impacto excepcionalmente grande en las emisiones totales. Resulta que hay varios contendientes:

	Electrificación	Electricidad de bajo carbono
Malta	66.50%	11.50%
Israel	64.40%	6.80%
República de China (Taiwán)	65.00%	16.90%
Hong Kong	66.00%	0
Macedonia del Norte	59.50%	18.00%
Singapur	57.30%	1.60%

Estas regiones no suelen destacarse en el contexto de la energía limpia, y con razón - pero dadas sus altas tasas de electrificación, cuando limpien sus redes, tienen el potencial de convertirse rápidamente en líderes de la descarbonización.

Baja electrificación, alta descarbonización

En el otro extremo, hay países que tienen redes eléctricas muy limpias, pero donde los bajos grados de electrificación significan que el impacto en las emisiones totales es limitado:

	Electrificación	Electricidad de bajo carbono
Etiopía	25.40%	99.90%
Congo - Kinshasa	29.00%	98.00%
Eslovaquia	40.10%	85.20%
Kenia	27.70%	85.10%
Corea del Norte	29.40%	83.20%
Venezuela	32.70%	80.90%

Estos países tienen algunas de las redes eléctricas más limpias del mundo, pero la electricidad representa una parte relativamente pequeña de las emisiones totales. El principal desafío en el futuro es cambiar más uso de energía hacia la electricidad y expandir la generación de electricidad de bajo carbono para satisfacer esta creciente demanda.

¿Quién está mejorando?

Quizás el uso más interesante de estos datos sea averiguar qué países están mejorando más. Si observamos los cambios entre los años 2000 y 2020, los aumentos más significativos ocurrieron en:

Camboya	11.3	⮕	40.3 %
Honduras	37.5	⮕	61 %
Islandia	71.6	⮕	93 %
República Popular China	30.4	⮕	51.3 %
Ruanda	5.7	⮕	23.7 %
Eritrea	17.9	⮕	35.4 %
Chipre	34.4	⮕	50.2 %
Suiza	43.5	⮕	59.2 %
Malasia	27.5	⮕	43.2 %
Ecuador	26.5	⮕	41.9 %

La República Popular China destaca en esta lista debido al tamaño de su economía y su relevancia para las emisiones totales a nivel mundial. Durante el mismo período, la proporción de electricidad de bajo carbono en el país aumentó de 17.9% a 32.8%. Aunque muy significativo, el progreso en términos de electrificación ha sido igualmente importante. Creemos que la electrificación debería recibir más atención y, con suerte, la métrica que estamos proponiendo y estos datos pueden ser una contribución útil.