Por qué y cómo medir la electrificación
Por qué y cómo medir la electrificación
¿Cuánto de nuestra electricidad proviene de fuentes de energía bajas en 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 excesivamente en la métrica de electricidad limpia puede ser un problema.
Para entender por qué, miremos a dos países que ya han descarbonizado la mayoría de su electricidad: Brasil (92%) y Suecia (95%). Juzgando por la métrica de electricidad baja en carbono, estos dos países parecen estar casi listos. ¿Lo están realmente?
No. Aunque su electricidad está casi libre de combustibles fósiles, continúan consumiendo carbón, petróleo y gas fuera del sector eléctrico. A nivel mundial, casi todo el petróleo, dos tercios del gas natural y un tercio del carbón se usan para fines diferentes a la generación de electricidad. En otras palabras, incluso con un 100% de electricidad baja en carbono a nivel mundial, el consumo de petróleo apenas cambiaría, el gas natural solo se reduciría en un tercio y un tercio del carbón - el mayor emisor de gases de efecto invernadero de todos los combustibles fósiles - permanecería.
La buena noticia es que gran parte de este otro uso de energía puede ser electrificado. Los vehículos con motores de combustión interna (MCI) pueden ser reemplazados por coches eléctricos, las calderas de gas pueden ser sustituidas por bombas de calor, y se están llevando a cabo esfuerzos para reemplazar el carbón utilizado para producir acero y cemento.
La métrica de electricidad baja en carbono no capta el progreso en estos sectores. Necesitamos una nueva métrica: una que mida qué tanto uso de energía en todos los sectores se ha desplazado hacia la electricidad. La métrica de energía baja en carbono 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 está determinado por la métrica de la que trata este artículo: la Electrificación. Aquí hay una forma de pensar en ello:
Descarbonización Total = Energía baja en carbono (%) * Electrificación (%).
Esta fórmula es simplista, por supuesto. No tiene en cuenta los factores exactos de emisión de cada fuente de energía, y sugiere que las fuentes de energía no eléctricas son todas 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 mejora importante sobre la sola métrica de electricidad baja en 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 directa: es la energía generada por las plantas eléctricas. 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 energético de los combustibles fósiles antes de ser quemados. Las pérdidas de energía sufridas durante la combustión de carbón, gas y petróleo son significativas: en la mayoría de los casos, más de la mitad de ese contenido energético se pierde en forma de calor. Comparar directamente electricidad y energía primaria es engañoso porque sugiere que 1 unidad de energía primaria debe ser reemplazada por 1 unidad de electricidad.
Existe una solución llamada el método de sustitución, que estima el equivalente de energía primaria de la electricidad basado en estimaciones de pérdidas energéticas promedio. Aplicar el método de sustitución a la electricidad y luego compararlo con la energía primaria es una manera de estimar la electrificación. Usar promedios está bien a escala global (la electrificación mundial en 2018 fue del 40% utilizando cifras del IEA, o 41% según EI). Sin embargo, aplicar números de pérdida de energía promedio a nivel de país introduce mucho ruido. Para un ejemplo extremo, este método afirmaría que la electrificación en Noruega en 2018 fue del 105% (utilizando cifras del IEA).
Podríamos tratar de estimar las pérdidas de conversión de energía primaria para cada país, quizás basándonos en su mezcla energética específica: el gas natural, por ejemplo, se puede quemar con eficiencia significativamente mayor que el carbón. Las cifras de electrificación creadas utilizando este enfoque pueden terminar diciendo más sobre las estimaciones y suposiciones del método de cálculo que sobre las tendencias reales. Además, diferentes fuentes de datos de energía primaria a veces informan números muy diferentes. Por ejemplo, si usamos cifras del Instituto de Energía, la electrificación en Suiza en 2019 fue del 53%; si en cambio usamos cifras del IEA, fue del 64%. ¿Cuál es correcto?
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 como un todo, y los comparamos 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 tiene la electricidad en las emisiones totales, tiene sentido empezar con números de emisiones.
Las emisiones de generación eléctrica dependen de la fuente de energía. Utilizando cifras del IPCC, el viento y la energía nuclear tienen las emisiones más bajas con alrededor de 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 energéticas, la proporción sería una medida tanto de la descarbonización eléctrica como de la electrificación. Queremos aislar el impacto de la electrificación. Para hacerlo, primero debemos eliminar el impacto de la descarbonización.
Simulamos un escenario donde toda la electricidad es generada por combustibles fósiles, permitiéndonos estandarizar la medición a través de diferentes niveles de descarbonización. Esto nos permite medir la electricidad de manera uniforme, sin importar el progreso en la descarbonización. La fórmula básica que usamos es:
Electrificación = Emisiones de Electricidad Fósil / (Emisiones de Electricidad Fósil + Emisiones Energéticas No Eléctricas)
Una forma de pensar en esta métrica es que, si la electrificación es del 100%, entonces el 100% de las emisiones relacionadas con 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 energéticas totales.
Para obtener datos sobre emisiones del sector energético, utilizamos las siguientes fuentes: IEA, ClimateWatch, PIK, UNFCCC y el Energy Institute. En algunos casos, diferentes fuentes reportan números considerablemente diferentes. Aplicamos un filtro para que solo se incluyan números confirmados por múltiples fuentes (con una diferencia de menos del 3%).
Principales hallazgos
Revisemos de nuevo los dos ejemplos anteriores. Nuestros cálculos otorgan 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 que hacer. Esta métrica nos da una idea de cuánto más trabajo se necesita.
¿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 mayor generación de electricidad per cápita por un amplio margen. La pequeña población de Islandia, su gran disponibilidad de energía hidroeléctrica y su significativa industria de aluminio la hacen un caso atípico.
Puede resultar más sorprendente que Bután ocupe el segundo lugar. Esto se debe en parte a que su generación eléctrica (toda ella de energía hidroeléctrica) es mayor que su demanda doméstica - en 2014 (el año más reciente con datos de emisiones consistentes), el 70% de la electricidad fue exportada. En términos de producción, el 90% del sector energético de Bután está electrificado, pero en términos de consumo (excluyendo las exportaciones netas), el número sería mucho menor.
Revisando la lista, resulta que ser un exportador neto significativo de electricidad es una característica común de muchos de los países mejor clasificados. 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 alta posición: la medida en que sus redes están descarbonizadas afecta no solo sus propias emisiones, sino también las emisiones de los países vecinos.
Alta electrificación, baja descarbonización
Si un país ha logrado un alto grado de electrificación, pero la mayoría de su electricidad aún es fósil, significa que limpiar su red tendrá un impacto excepcionalmente grande en las emisiones totales. Resulta que hay varios contendientes:
| Electrificación | Electricidad baja en 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 dado su alto grado 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 el bajo grado de electrificación significa que el impacto en las emisiones totales es limitado:
| Electrificación | Electricidad baja en 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 trasladar más de su uso energético a la electricidad, y expandir la generación de electricidad baja en 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 importancia para las emisiones totales a nivel mundial. Durante el mismo período, la participación de electricidad baja en carbono en el país aumentó del 18% al 33%. Aunque muy significativo, el progreso en términos de electrificación ha sido posiblemente igual de significativo. Creemos que la electrificación debería recibir más atención y esperamos que la métrica que estamos proponiendo y estos datos puedan ser una contribución útil.
