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La rápida caída de los costos y el crecimiento en la implementación en el mercado de la energía solar fotovoltaica, las turbinas eólicas y las baterías de iones de litio están transformando los mercados mundiales de energía. En los países de bajos ingresos, se abren nuevas oportunidades para el acceso a la energía por la reducción de los costos de las soluciones descentralizadas de electricidad. En los países de altos ingresos, el aumento de las cuotas de mercado de energía renovable variable, o VRE (principalmente energía solar, eólica y de las olas) está ejerciendo una presión a la baja sobre los precios minoristas de la electricidad, al tiempo que crea nuevos desafíos en lo que respecta a la gestión de la red.

En este informe discutimos las diferentes formas en que la bioeconomía, con lo que nos referimos a todos los sectores de la sociedad basados en la producción y el procesamiento de biomasa, se ve afectada e interactúa con los rápidos desarrollos en energía eólica, solar y almacenamiento. Presentamos tres tipos diferentes de interacción: competitiva, complementaria y sinérgica.

  • Interacciones competitivas: en algunos casos, el uso de biomasa para energía se vuelve menos atractivo económicamente, ya que es cada vez más incapaz de competir en costos con la energía eólica y solar.
  • Interacciones complementarias: a pesar de la transición a un sistema energético en el que la electricidad, en gran medida basada en VRE, parece convertirse en el portador de energía dominante del siglo XXI, la bioenergía todavía tiene un papel importante que desempeñar.
  • Interacciones sinérgicas: las formas en que la electrificación basada en VRE puede apoyar el desarrollo de la bioenergía y la bioeconomía.

Los costos reducidos y el mayor despliegue de VRE son componentes esenciales en todas las vías creíbles hacia la descarbonización profunda. Es clave que los actores del mercado de bioeconomía reconozcan y acepten esto como una oportunidad para el desarrollo empresarial y la adición de valor.

Las energías renovables baratas permiten la descarbonización electrificada

La rápida caída de los costos y el crecimiento asociado en el despliegue en el mercado de energía solar fotovoltaica, turbinas eólicas y baterías de iones de litio están teniendo efectos sustanciales en los mercados mundiales de energía. Los costos operativos cercanos a cero y la disminución rápida de los costos de capital de la energía solar y eólica han llevado a una situación en la que estos, incluso sin subsidios, están en paridad de costos con la energía fósil en un creciente número de mercados energéticos (Hirtenstein 2018).

Quizás lo más importante es que la rápida disminución de los costos de la energía solar ha abierto oportunidades para extender el acceso a la energía a muchos millones en países de bajos ingresos con infraestructura eléctrica deficiente o inexistente. Se ha estimado que aproximadamente la mitad de todas las personas que deberían tener acceso a la electricidad para 2030 recibirían un suministro más rentable a través de soluciones descentralizadas como sistemas solares domésticos o mini redes (IEA et al.2019)

Los costos reducidos de la energía solar y eólica también están teniendo grandes efectos en los países de altos ingresos. En una amplia gama de sectores, desde el transporte personal hasta la calefacción de espacios y la producción de acero, la perspectiva de precios de electricidad más bajos ha llevado a un creciente interés en soluciones de descarbonización basadas en electricidad, muchas de las cuales no son factibles sin acceso a electricidad limpia y barata (Ruhnau et al. al.2018).

El desarrollo de la bioeconomía, con lo que nos referimos a todos los sectores de la sociedad basados en la producción y el procesamiento de biomasa, ofrece muchas oportunidades para la mitigación del cambio climático y el cumplimiento de la Agenda 2030 de la ONU (Virgin y Morris 2016). La bioeconomía tiene muchas interacciones con el sector energético, sin embargo, no ha habido mucho análisis de sus interacciones con los cambios en curso en las tecnologías y los mercados energéticos. En este resumen, analizamos diferentes formas en que la bioeconomía interactúa con los rápidos desarrollos en la generación de electricidad renovable. Estructuramos las discusiones dividiendo las interacciones en tres categorías diferentes: competitiva, complementaria y sinérgica. Estos se discuten a continuación.

Interacciones competitivas: ¿eliminación gradual de combustibles fósiles o bloqueo reforzado?

Hace aproximadamente una década, los biocombustibles generalmente se consideraban la única ruta factible para la descarbonización a corto plazo del transporte terrestre. Sin embargo, a raíz de los menores costos de la batería y el “Dieselgate”, finalmente comienza el despliegue masivo de vehículos eléctricos. Entonces, ¿cómo afecta esto a las perspectivas de los biocombustibles?

Una ventaja de la mayoría de las formas de bioenergía en relación con otras energías renovables es que a menudo es relativamente fácil integrarse en las infraestructuras existentes diseñadas para combustibles fósiles. La otra cara de esto es que el sistema más radical se aleja de los sistemas basados ​​en combustible que también afectan la bioenergía. Como señalan Brown y Brown (2017), la electrificación de las transmisiones de los vehículos podría alterar rápidamente las perspectivas futuras para la demanda de combustible líquido, independientemente de si estos combustibles se basan en recursos fósiles o de biomasa.

Dicho esto, la gran mayoría de la flota mundial de vehículos todavía usa motores de combustión interna y los combustibles líquidos estarán en demanda durante bastante tiempo. Si esto se cumple con combustibles de base biológica, significa una eliminación más temprana de los combustibles fósiles del transporte terrestre que si esperamos un cambio sistémico completo a la electrificación. Al mismo tiempo, centrarse demasiado en el cambio de combustible de fósiles a biocombustibles podría fortalecer el bloqueo en la infraestructura general asociada con el motor de combustión interna y posiblemente retrasar el eventual cambio del sistema para limpiar la electrificación.

El tema del bloqueo también es relevante para el cambio de combustible en el sector de generación de energía. Si bien la conversión de centrales eléctricas de carbón a biomasa conlleva una eliminación gradual de combustibles fósiles, también significa una dependencia continua de la generación de energía basada en la combustión centralizada, y podría actuar como una barrera para tecnologías eléctricas más innovadoras, como el almacenamiento en la red y los mecanismos de respuesta a la demanda.

Interacciones complementarias: ¿usando bioenergía para llenar los vacíos?

¿Cocina más limpia con mejores soluciones de biomasa?

En los países de bajos ingresos, la electrificación y la biomasa han sido históricamente diametralmente opuestas. La falta de acceso a combustibles para cocinar que no son de biomasa es problemática porque las personas generalmente cocinan con fuegos abiertos o cocinas simples que son contaminantes e ineficientes, lo que lleva a impactos negativos en la salud y el medio ambiente (Masera et al.2015; Smith et al.2014). Los análisis mencionan con frecuencia una asociación tripartita entre el uso de biomasa, la electrificación y los niveles de vida (Legros et al. 2009; Rao y Pachauri 2017). Muchos países en desarrollo tienen políticas establecidas con los objetivos conjuntos de reducir la dependencia de la biomasa y aumentar el acceso a la electricidad para mejorar el bienestar. Sin embargo, incluso a pesar de los descensos en los costos de la energía solar fotovoltaica, cocinar con electricidad todavía está más allá de los medios de muchos que actualmente confían en cocinas contaminantes e ineficientes y biomasa tradicional para cocinar.

Por lo tanto, un camino pragmático hacia una cocina más limpia podría ser simplemente continuar luchando por mejores soluciones de biomasa. Una de esas soluciones es el llamado “apilamiento limpio”, en el que, en lugar de depender de una sola tecnología para todas las necesidades de energía, un conjunto de fuentes de energía limpia desempeña diferentes funciones dentro de un hogar, p. Ej. solar para iluminación y biomasa limpia para cocinar (cf. Ruiz-Mercado y Masera 2015).

¿Bioelectricidad en la red del futuro?

A pesar de que los costos de la energía eólica y solar han disminuido, ambos dependen del clima y, por lo tanto, no se pueden enviar. Por el contrario, la generación de electricidad basada en la biomasa es despachable y, por lo tanto, puede desempeñar un papel importante en la combinación energética; pero las futuras tecnologías de generación de bioelectricidad deben diseñarse para aprovechar al máximo esa capacidad de envío. En otras palabras, la flexibilidad y las capacidades de seguimiento de la carga serán características importantes de los futuros diseños de plantas (Sepúlveda et al.2018).

¿Electrificación en el suelo, biocombustibles en los cielos?

Al mismo tiempo que hay desarrollos muy prometedores en la electrificación del transporte terrestre, los sectores marítimo y de aviación son diferentes. En estos sectores, las baterías son suficientes solo en ciertos segmentos de nicho, y la aviación es un rompecabezas particularmente difícil de resolver (ETC 2018). Si bien la aviación eléctrica para rutas más cortas basadas en baterías podría ser factible a mediano y largo plazo (Viswanathan y Knapp 2019), los combustibles líquidos serán necesarios en la aviación en el futuro previsible. Y las únicas alternativas a los combustibles fósiles son los biocombustibles, o un electro-combustible sintético basado en hidrógeno y combinado con la captura y utilización de carbono (UCC). Sin embargo, este último actualmente es competitivo en costos solo en comparación con las opciones de biocombustibles más caras (Brynolf et al.2018). Por lo tanto, el sector de la aviación parece ser una fuente de creciente demanda de biocombustibles a mediano y largo plazo.

La biomasa y la electrificación como herramientas para descarbonizar la industria pesada.

Las industrias pesadas como el acero, el cemento y los productos petroquímicos se consideran generalmente los mayores desafíos cuando se trata de descarbonización. Sin embargo, como se ha demostrado, por ejemplo, Bataille et al. (2018), para la mayoría de estos sectores hay tecnologías disponibles que podrían implicar reducciones exhaustivas en las emisiones de gases de efecto invernadero a costos que no serían prohibitivos. Las soluciones se pueden clasificar en dos vías: 1) utilizar la captura y el secuestro de carbono (CCS) y las tecnologías existentes con algunos (relativamente) pequeños ajustes de proceso, y 2) hacer cambios tecnológicos más radicales para la electrificación directa o indirecta tanto para procesos químicos como para procesos. calor.

De hecho, la biomasa puede desempeñar un papel importante en ambas vías. Por ejemplo, la biomasa se puede usar como un sustituto de los combustibles fósiles en el procesamiento de mineral de hierro en bruto en pellets, así como una fuente de calor de proceso libre de fósiles en hornos de cemento. En la segunda vía, la biomasa puede usarse como fuente de carbono para el procesamiento de hierro en acero (ver, por ejemplo, www.hybritdevelopment.com).

Soluciones sinérgicas: la electrificación como impulso bioeconómico

Electrificación descentralizada y valor agregado en el desarrollo de bioeconomías

En muchos países de bajos ingresos, el establecimiento de cadenas de valor de bioeconomía está limitado por la falta de infraestructura tecnológica de apoyo, como el riego, la refrigeración y el procesamiento de cultivos, componentes clave para llevar los productos agrícolas de la granja al mercado. Sin embargo, estas tecnologías a menudo requieren electricidad y su ausencia podría actuar como un cuello de botella sustancial para un mayor desarrollo de la bioeconomía. Al mismo tiempo, el costo decreciente de los paneles solares en los últimos años ha hecho que los electrodomésticos basados en energía solar sean asequibles para una gama cada vez mayor de usuarios (Hartung y Pluschke 2018). Se pueden ver desarrollos similares en otros dispositivos que podrían realizar funciones vitales en las cadenas de valor agrícolas que son comunes, p. en gran parte del África subsahariana (FAO 2019).

Hidrógeno renovable como bloque de construcción de biocombustibles

Observamos anteriormente que existe un elemento de competencia entre la electrificación y el uso de biocombustibles como un medio para eliminar progresivamente los combustibles fósiles del sector del transporte. Al mismo tiempo, los avances en la electrificación también pueden ayudar a reducir las emisiones de la producción de biocombustibles, que aumentará sustancialmente. El productor sueco de refinerías de petróleo y combustibles líquidos Preem, por ejemplo, ha establecido la ambición de producir tres millones de metros cúbicos de biocombustibles para 2030. Se necesita una gran cantidad de hidrógeno para refinar la biomasa celulósica en biocombustibles líquidos adecuados para mezclar o reemplazar combustibles fósiles. (los llamados combustibles incorporados) (Grahn y Jannasch 2018). Actualmente, el medio dominante para extraer hidrógeno es el gas natural, a través del reformado con vapor. Un método alternativo es la electrólisis, en la que la electricidad se usa para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, y aquí es donde entra la electrificación: los precios más bajos de la electricidad, combinados con la disminución de los costos de los electrolizadores, hacen que el hidrógeno basado en la electricidad sea cada vez más competitivo (Glenk y Reichelstein 2019 ) Un cambio a la electrólisis basada en electricidad baja en carbono podría reducir significativamente el uso de gas natural en el proceso y, a su vez, la huella de carbono del ciclo de vida de los biocombustibles.

Discussion and recommendations

En el debate sobre los sistemas de energía futuros y el papel de la bioenergía, este último a menudo se ve como una solución temporal, o un “combustible de transición”, en el camino hacia la electrificación. Esta narrativa es un hilo conductor en las discusiones sobre soluciones de cocina en países de bajos ingresos, en el transporte por carretera y en la industria pesada (al menos en parte). Vale la pena señalar que hay algo de un dilema relacionado con la forma en que se regirá la transición del combustible fósil a la biomasa a la electricidad. Para que este proceso de tres etapas sea eficiente y efectivo, es crucial diseñar adecuadamente la política de bioenergía y bioeconomía. En particular, debe diseñarse e implementarse de manera que respalde y se beneficie de los desarrollos actuales y futuros en energía solar fotovoltaica, baterías y energía eólica. Con este fin, hemos identificado algunas recomendaciones de política.

  • Las presiones de los costos a la baja sobre la energía, y sobre la electricidad en particular, significan que la generación dedicada de bioenergía tendrá dificultades económicas en un número creciente de mercados. Una solución para esto es enfocarse en modelos comerciales de bioeconomía de base amplia, en los que la generación de energía a partir de biomasa sea solo una de varias fuentes de ingresos. Dichos sistemas pueden tomar la forma de biorrefinerías o sistemas de conversión de residuos en energía que actúan como instalaciones combinadas para gestionar los residuos y generar energía.
  • Brasil ofrece un ejemplo bien conocido de tal enfoque. El país ha implementado una serie de políticas a lo largo de muchas décadas, lo que resultó en varias industrias prósperas que producen una gama de coproductos. El complejo de caña de azúcar-etanol del país ofrece cantidades variables de azúcar refinada, etanol y energía eléctrica, según las condiciones del mercado (Solomon y Bailis 2014). La clave del éxito es garantizar que las próximas inversiones en la producción de biocombustibles tengan flexibilidad incorporada en los procesos técnicos y los modelos comerciales para poder cambiar la producción entre productos y, por lo tanto, ser resistentes a los diferentes ritmos de electrificación de vehículos.
  • La lógica de centrarse en la flexibilidad y los sistemas de ingresos múltiples se puede aplicar también a la adquisición de materias primas. Por ejemplo, se podrían prever sistemas de gestión agrícola que generen ingresos al proporcionar servicios ecosistémicos, como la filtración de agua o la prevención de la erosión. Obviamente, esto también requeriría mecanismos de mercado mediante los cuales estos servicios podrían ser valorados y monetizados, pero en cualquier caso es probable que tales sistemas se vuelvan importantes para incentivar la adaptación al cambio.

En conclusión, los costos reducidos y el mayor despliegue de VRE son componentes esenciales en todas las vías creíbles hacia la descarbonización profunda. Es importante que los actores del mercado de la bioeconomía y los responsables políticos lo reconozcan y lo acepten como una oportunidad para el desarrollo empresarial y la adición de valor.climático en los sectores de uso de la tierra.

References

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