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Ingeniería e Investigación

Print version ISSN 0120-5609

Ing. Investig. vol.30 no.3 Bogotá Sept./Dec. 2010

 

Fuentes convencionales y no convencionales de energía: estado actual y perspectivas

The current state of non-conventional sources of energy and related perspectives

Paulo César Narváez Rincón1

1 Ingeniero Químico. M.Sc., en Ingeniería. Ph.D., en ingeniería, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos, Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad Nacional de Colombia. pcnarvaezr@bt.unal.edu.co


RESUMEN

Este artículo presenta un panorama mundial y nacional de las fuentes de energía y la distribución de su uso por tipo de combustible y los sectores a los que se destina. Describe algunas fuentes no convencionales de energía, haciendo énfasis en algunas cifras de aquellas que se clasifican como bioenergía y que se utilizan en mayor porcentaje en el transporte y en la generación de energía eléctrica. Introduce las políticas colombianas para el fomento del uso racional de la energía (URE) y las fuentes de energía no convencionales (FENC) y compara las metas colombianas con las que plantean la Comunidad Económica Europea y Estados Unidos.

Palabras claves: energía, fuentes no convencionales de energía, biomasa, biocombustibles.


ABSTRACT

This article presents an overview of world and Colombian energy sources, including distribution, production and consumption by fuel and end-user sectors, respectively, as well as a brief description of some non-conventional energy sources (NCES), pointing out those classified as bioenergy and used as non-conventional fuels in the transport and electricity generating sectors. Colombian policies for promoting the rational use of energy (RUE) and NCES are presented and their targets are compared to some established by the European Union and the USA.

Key words: energy, non-conventional energy source, biomass, biofuel.


Recibido: septiembre 4 de 2010
Aceptado: noviembre 15 de 2010

Introducción

La reciente publicación de la resolución 180919 del Ministerio de Minas y Energía, en la que se presenta el plan de acción para desarrollar un programa sobre el uso racional de la energía (URE) y demás fuentes de energía no convencionales (FENC) en Colombia, hace parte de un conjunto de iniciativas de Gobiernos de los cinco continentes que buscan con ellas contribuir a la solución de algunos de los problemas más importantes a los que se enfrenta la sociedad del siglo XXI: la dependencia del petróleo como principal fuente de energía y materia prima para muchos productos químicos, el carácter finito de este recurso natural, el impacto negativo sobre el medio ambiente de la generación de energía, y el desempleo y bajo desarrollo rural.

Con las FENC pretenden incrementar la seguridad e independencia energética, reducir la emisión de gases de efecto invernadero (GHG, por sus iniciales en inglés) e incrementar la competitividad de la economía, especialmente en los países en vías de desarrollo, donde más se necesita debido a los altos índices de desempleo y pobreza que obligan a la población a trasladarse a las grandes ciudades, en una forma de migración interna, o a otros países para buscar un mejor nivel de vida, especialmente a Estados Unidos, Europa y Australia.

La biomasa, el sol, el viento, las olas, el agua y el interior de la tierra, son fuentes de energía que se utilizan con diferentes niveles de madurez tecnológica, o que podrán usarse para reemplazar gradualmente al petróleo como la principal fuente de energía. Aunque todas ellas vienen empleándose, el empleo del agua para la generación de energía eléctrica y de biomasa para producir biocombustibles son los más extendidos, dada su disponibilidad, madurez tecnológica y, en el caso de los biocombustibles líquidos, la posibilidad de implementarlos sin modificar los motores de combustión interna a gasolina o diesel de los vehículos actuales.

En este artículo se presenta un panorama mundial y nacional de las fuentes de energía y la distribución de su uso por tipo de combustible y los sectores a los que se destina. Se describen de forma sucinta algunas FNCE y se especifican aquellas que se clasifican como bioenergía. Posteriormente, se describen las políticas colombianas para el fomento del URE y las FENC y se comparan con algunas metas de la Comunidad Económica Europea y con los actos legislativos de los Estados Unidos. Finalmente se plantea, a manera de conclusión, el papel que puede jugar la academia en el desarrollo e implementación de estas fuentes de energía.

Panorama de la energía

De acuerdo con la Administración de Información de la Energía de los Estados Unidos (EIA, por sus siglas en inglés), el consumo mundial de energía en 2007 fue de 495,2 × 1015 BTU, y se espera un crecimiento anual del 1,4% hasta el año 2035, mayor en los países que no son miembros de la Organización para la Cooperación Económica y el Desarrollo2 (US Energy Information Administration, 2010). Los combustibles líquidos, que incluyen el petróleo y sus derivados, etanol, biodiesel y productos de licuefacción del carbón y el gas, constituyen la principal fuente de energía y aportaron alrededor de 85 cuatrillones de BTU en 2007, 35% del total, aunque se espera que su participación se reduzca al 30% en 2035 (US Energy Information Administration, 2010). Por otra parte, la Agencia Internacional de la Energía (IAE, por sus siglas en inglés), prevé que la demanda mundial de energía pasará de 12.0003millones de toneladas equivalentes de petróleo (tep) en 2007, a 16.800 tep en 2030, es decir, un incremento del 40% (International Energy Agency, 2009). En 2007 los países de Centro y Suramérica consumieron tan sólo 5,6% de la energía mundial, participación que se incrementará a 5,9% y 6,2% en 2015 y 2035, respectivamente (US Energy Information Administration, 2010). De acuerdo con la British Petroleum Company (2010), el consumo mundial de energía primaria en 2009 fue de 11.164 millones de tep, 29 de ellos en Colombia, que son menos del 0,26% del total.

La Figura 1 muestra la distribución porcentual de las diferentes fuentes de energía en el consumo mundial para 2007. En ella se observa que los combustibles fósiles son la mayor fuente de energía, y entre ellos los líquidos aportan 35% y el carbón 27%. En 2009, 34,8% de la energía primaria provino del petróleo, 23,8% del gas natural y 29,4% del carbón (British Petroleum Company, 2010). Aunque para Colombia la situación es similar y el petróleo aportó 30,3%, una diferencia notable con respecto al comportamiento mundial consiste en que la hidroelectricidad aportó 32,1%, y el carbón, a pesar de las reservas con las que cuenta el país, tan sólo 10,7% (British Petroleum Company, 2010).

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En el año 2005 el consumo de energía primaria en Colombia fue de 1.134,7 × 1012 BTU, 24% más que en 1990, y la oferta se distribuyó de la siguiente forma de acuerdo con su fuente (UPME, 2007): el petróleo aportó 48%, el gas natural 21%, la hidroenergía 12% y la leña y el carbón 5,5%. Por otra parte, el consumo para el mismo año tuvo la siguiente distribución: gasolina, ACPM y otros derivados del petróleo 48%, energía eléctrica 19%, gas natural 15%, carbón 8%, leña y bagazo 7% y otras fuentes 3% (UPME, 2007).

La Figura 2 muestra el aporte de cada una de las fuentes de energía a la demanda de energía primaria en el período comprendido entre 1980 y 2006, y las proyecciones a 2015, 2030 y 2035 (International Energy Agency, 2009). En ella se observa que la participación del petróleo disminuirá de 43% en 1980 a 30% en 2030, mientras que la hidráulica y la biomasa y los residuos participarán con el mismo porcentaje durante esos 50 años. El carbón, el gas y las fuentes de energía nuclear incrementarán su participación en 5% las dos primeras y en 2% la última.

De acuerdo a las proyecciones de la EIA, en 2035 los combustibles fósiles seguirán siendo la mayor fuente de energía, aunque el aporte por uso final de los combustibles líquidos crecerá muy poco o se reducirá, con excepción del sector del transporte, donde la ausencia de avances tecnológicos significativos tendrá como consecuencia que éstos seguirán siendo la principal fuente de energía (US Energy Information Administration, 2010). De la misma forma, la IEA afirma que los combustibles fósiles seguirán siendo la mayor fuente de energía primaria y que la demanda de petróleo aumentará en promedio 1% por año, pasando de 85 millones de barriles por día (bpd) en 2008 a 105 millones de bpd en 2030, incremento atribuible casi en su totalidad al sector transporte (International Energy Agency, 2009).

La Figura 3 muestra los porcentajes de energía de acuerdo con el uso. Aproximadamente el 55% de la energía producida se destina a los sectores transporte e industrial. En 2007 el mayor porcentaje de la energía en estos dos sectores provino de combustibles líquidos: el sector transporte consumió más del 50% de la energía proveniente de combustibles líquidos, que corresponde a 31% de la energía consumida en el sector (US Energy Information Agency, 2010). Estas cifras justifican que gran parte de los esfuerzos que buscan la diversificación de las fuentes de energía se centren en estos sectores y combustibles.

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La EIA espera que el aporte de los combustibles líquidos a la energía que se utiliza en el sector industrial disminuya a 25% en 2035, principalmente por el incremento de los aportes del uso de energía eléctrica proveniente de diferentes fuentes, y de FNCE, que crecerán de 15% a 21% y de 7% a 8%, respectivamente, entre 2007 y 2035; en 2035 el 61% de la energía proveniente de los combustibles líquidos se usará en el sector transporte, aunque su aporte en los otros sectores disminuirá (US Energy Information Administration, 2010).

En Colombia el sector transporte demanda 39% de la energía final, y como en el resto del mundo, los combustibles fósiles son las principales fuentes de energía, a pesar de la oferta de gas natural vehicular (GNV) y de biocombustibles, esta última impulsada por políticas que obligan su consumo y fomentan su producción (UPME, 2007). Por otra parte, en 2005 el sector industrial consumió un tercio de la energía producida en Colombia y se ubica como el segundo consumidor después del transporte (UPME, 2007). El consumo de energía en los hogares es de 17% (UPME, 2007).

La mayor proporción de los combustibles líquidos que se consumen en el mundo corresponden al petróleo y a sus derivados. La producción mundial de petróleo en 2009 fue de 3.820 millones de t6, 2,6% menos que en 2008, reducción que se explica porque en 2009 el consumo mundial de energía se redujo 1,1%, la mayor disminución desde 1990 (British Petroleum Company, 2010). La IEA explica este comportamiento "como resultado de la crisis financiera y económica, pero con las políticas actuales, retomará rápidamente su tendencia al alza a largo plazo en cuanto se inicie la recuperación económica" (International Energy Agency, 2009). Sin embargo, la producción de petróleo en Colombia fue de 34,1 millones de t, 12,2% más que en 2008, y corresponde a menos del 1% de la producción mundial (British Petroleum Company, 2010).

La relación entre las reservas de petróleo y la producción, que da como resultado los años de disponibilidad, es de 45,7 años para 2009, mientras que en 2008 fue de 44,5 años; este aumento se explica por el incremento en las reservas de Indonesia y Arabia Saudita (British Petroleum Company, 2010). Desde 1986 esta relación se ha mantenido por encima de 40 años, siendo el valor para 2009 el mayor de ese período; lo anterior, porque a pesar de que el consumo de petróleo se incrementó en 10,5% entre 1999 y 2009, las reservas aumentaron en 22,8%. Las reservas de Colombia en 2009 fueron de 200 millones de toneladas, de forma tal que la relación reservas a producción es de 5,9 años, mientras que en 1999 la disponibilidad era de 7,5 años.

La Figura 4 presenta el consumo de gasolina y ACPM en Colombia hasta 2006 y la proyección de la demanda de éstos hasta 2015. Se observa que a partir de 2010 la demanda de ACPM superará la de gasolina, situación impulsada por las políticas que han mantenido su precio por debajo del de la gasolina.7

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Fuentes no convencionales de energía

Las FNCE o fuentes de energía renovables son aquellas que no provienen de fósiles e incluyen el viento, el sol, la energía almacenada como energía interna en el aire (aerotérmica), debajo de la superficie de la tierra (geotérmica) y en el agua (hidrotérmica), la energía de los océanos, la hidráulica, la biomasa, los gases producidos en rellenos sanitarios y plantas de tratamiento de aguas residuales, y los biogases (The European Parliament, 2009).

Dentro de ellas, y desde la perspectiva global del impacto sobre el medio ambiente y la seguridad y el suministro energético, la biomasa9 se está convirtiendo en la fuente de energía líder en el corto plazo para el uso efectivo de las fuentes renovables de energía (Liang, 2008), aunque la energía eólica presentará el mayor crecimiento en el periodo 2007 a 2030 (International Energy Agency, 2009). Es fuente de la bioenergía que incluye la producción de combustibles como biogas, biohidrógeno, biocombustibles, biolíquidos, biocrudo y biogas de síntesis.

El URE también se considera como una fuente de energía. Definida tradicionalmente como la instalación de tecnologías que reducen las pérdidas de energía en casas, edificios e instalaciones industriales, hoy en día involucra mucho más, desde la reestructuración de políticas y el ofrecimiento de premios a los consumidores que usen menos energías, hasta el lanzamiento de programas educativos para enseñar a los estudiantes el vínculo entre el uso de la energía y el medio ambiente (Cooney, 2008).

Teniendo en cuenta que el 27% de la energía a nivel mundial se destina al sector transporte, y que un alto porcentaje de ella proviene de combustibles líquidos, especialmente gasolina y ACPM, y en menor proporción de combustibles gaseosos, como el gas natural, muchos países han implementado políticas para incentivar el uso de biocombustibles10 (The European Parliament, 2009; Senate and House of Representatives, 2009; Conpes, 2008). Los de mayor uso en el mundo son bioetanol y biodiesel, que en Colombia se usan desde el 2005 y el 2008, respectivamente, con base en la obligatoriedad que establecen las leyes 693 de 2001, para el etanol, y 934 de 2004, para el biodiesel.

La producción mundial de bioetanol en 2009 fue de 57,7 millones de t y la de biodiesel 15,2 millones de t, mientras que en Colombia se produjeron 241.800 t y 257.400 t, respectivamente (Biofuels Platform, 2010). De acuerdo con la Federación Nacional de Biocombustibles de Colombia, la capacidad instalada de producción de bioetanol es de 306.000 t año-1 en seis plantas, y la de biodiesel 516,00 t año-1 en siete plantas.11

Entre 2007 y 2009 hubo un cambio radical alrededor de las perspectivas del sector del biodiesel: de la discusión política y científica alrededor del impacto ambiental del biodiesel, a la sostenibilidad económica de la industria.12 [12] Por ejemplo, el cambio en las políticas de soporte a los biocombustibles en Alemania redujo sustancialmente la demanda, que se redujo en 600.000 t de 2008 a 2009 (Lieberz, 2009), y se espera que en 2010 se use menos del 50% de la capacidad instalada para la producción de biodiesel en Europa (EU-27), y alrededor del 37% de la de bioetanol (Richey, 2008). Así, los esfuerzos se enfocan ahora hacia los biocombustibles de segunda y tercera generación, que se producen a partir de materias primas que no se utilizan para la alimentación, en su mayoría residuos agroindustriales o cultivos energéticos, de los que pueden obtenerse además moléculas más parecidas a las que se usan en la actualidad en automóviles, trenes y aviones, ampliando el mercado, que por ahora se ha concentrado en los automotores y vehículos de carga.

Con respecto al uso de biocombustibles, el bioetanol y el biodiesel representaron tan sólo el 1,5% de la demanda total de combustibles en 2006, y se espera que aporten alrededor de 6% en 2030, siendo mucho mayor la participación del bioetanol (International Energy Agency, 2008). En 2009 la producción de bioetanol fue el 1,5% de la producción mundial de petróleo y la de biodiesel de tan sólo 0,4%.

En 2007 la participación de las FNCE en la generación de energía eléctrica fue de 19%, y se espera que se incremente a 23% en 2035, mientras que en el sector industrial crecerá de 7,3% a 8,3% en el mismo período (US Energy Information Administration, 2010). La Figura 5 presenta la distribución de la participación de algunas de las FNCE en la generación de energía eléctrica de acuerdo con su origen. La energía hidráulica aporta más del 80% de la energía eléctrica de fuentes renovables, seguida por la eólica, con 4,8%. La EIA proyecta que en 2035 el comportamiento será similar, con incrementos significativos en la participación de las energías eólica y solar, que pasarían de 4,8% a 17% y de 0,2% a 2,1%, respectivamente.

En Colombia, durante agosto de 2010, el 63% de la energía eléctrica generada provino de centrales hidráulicas, mientras que el 32% de térmicas, la mayoría de ellas alimentadas con gas natural, que aportaron 446 GWh de los 4.821 GWh del Sistema Interconectado Nacional (SIN), mientras que las alimentadas con carbón generaron 235 GWh (UPME, 2010).

Plan de acción para promover el URE y las FNCE en Colombia

El Ministerio de Minas y Energía adoptó en junio de 2010 el Plan de Acción 2010-2015 para desarrollar el programa de uso racional y eficiente de la energía y demás FENC, que tiene como objetivo "contribuir a la competitividad de la economía colombiana, a través de la protección al consumidor y la promoción del uso de energías no convencionales de manera sostenible con el ambiente y los recursos naturales" (Ministerio de Minas y Energía, 2010).

Para ello propone "consolidar una cultura del manejo sostenible y eficiente de los recursos naturales a lo largo de la cadena energética, construir condiciones económicas, técnicas, regulatorias y de información que impulsen el URE y las FNCE; fortalecer las instituciones e impulsar iniciativas de carácter privado, mixto o de capital social para desarrollar programas y proyectos relacionados, y facilitar la aplicación de normas e incentivos tributarios" (Ministerio de Minas y Energía, 2010).

Los programas prioritarios se establecen de acuerdo con cuatro sectores: residencial, industrial, comercial, público y servicios, y transporte. En el sector industrial se propone la optimización del uso de la energía para fuerza motriz, calderas, procesos de combustión y la cadena de frío, así como el URE en PYME, entre otros objetivos. En el de transporte, la reconversión tecnológica, buenas prácticas y modos de transporte. Las metas de ahorro en energía eléctrica a 2015 en los sectores residencial, industrial y comercial, público y servicios, son de 10,6%, 5,3% y 4,4%, respectivamente. En el transporte se propone ahorrar 0,44% de energéticos por reconversión tecnológica de diesel a eléctricos en los buses articulados del sistema de transporte masivo y una fracción de los buses y busetas que harán parte del Sistema Integrado de Transporte Masivo (SITM) de Bogotá, y 0,16% por mejores prácticas de conducción y la entrada en operación del SITM de Bogotá (Ministerio de Minas y Energía 2010).

Como una muestra de las iniciativas para fomentar las FNCE a nivel mundial, a continuación se presentan algunas de las metas de las políticas de los Estados Unidos y de la Unión Europea. En el Energy Sucurity Act de 2007, el Congreso de los Estados Unidos aprobó una serie de acciones para la seguridad energética a través de mejorar la eficiencia de los combustibles en los vehículos, incrementar la producción de biocombustibles, ahorrar energía incrementando los estándares de iluminación, ahorrar energía en edificaciones y en la industria, y acelerando la investigación y el desarrollo en energía solar, geotérmica, marina e hidrocinética, entre muchas otras (Sissine, 2007).

Por ejemplo, se propone que la eficiencia en energía por empresa constructora de vehículos para 2020 debe ser mínimo de 35 millas por galón, y que las agencias federales, en 2015, deben ahorrar 20% del petróleo que consumieron en 2005 y obtener el 10% de fuentes alternativas (Sissine, 2007). La meta para 2025 consiste en que el 25% de la energía provenga de la agricultura, la silvicultura y las tierras de trabajo (Sissine, 2007).

Por otra parte, en la Unión Europea cada Estado miembro velará porque la cuota de energía procedente de fuentes renovables en todos los tipos de transporte en 2020 sea como mínimo equivalente al 10% de su consumo final de energía en el sector, y porque la cuota de energía procedente de fuentes renovables en su consumo final bruto de energía en 2020 sea coherente con un objetivo equivalente a una cuota de 20% como mínimo de energía procedente de fuentes renovables en el consumo final bruto de energía de la Comunidad para 2020 (The European Parliament, 2009).

Conclusión

Aunque la dependencia del petróleo como fuente predominante de energía se mantendrá por lo menos durante los próximos 25 años, son notables las políticas que propenden por la diversificación de las fuentes de energía. Los esfuerzos se centran en los sectores transporte e industrial, ya que juntos consumen más del 50% de la energía mundial, y en los combustibles líquidos.

Un aspecto común en las políticas europea, estadounidense y colombiana que promueven el uso eficiente de la energía y las fuentes no convencionales de energía, es la necesidad de realizar programas de investigación y desarrollo tecnológico que soporten las nuevas necesidades surgidas de las metas que se proponen. En éste, como en muchos aspectos de la ciencia y la tecnología, es necesario que cada país o región realicen sus propias investigaciones y desarrollos, ya que uno de los objetivos es aprovechar sus recursos para que los beneficios en generación de empleo y desarrollo rural que puedan surgir de estas iniciativas y mandatos se queden en sus territorios.

Un ejemplo es el caso de los biocombustibles: cada país investiga en sus recursos. Estados Unidos en maíz y soya, para producir bioetanol y biodiesel, y la Unión Europea en aceite de colza y girasol para la producción del último. No quiere decir que deba realizarse la investigación desde lo básico en todos lo casos, pero sí establecer los fundamentos de las particularidades de nuestros recursos para que la mayor parte de los beneficios se queden en nuestros países.

La universidad puede aportar tanto en la generación de conocimiento y la adaptación de tecnologías, como en la negociación de éstas con conocimiento del estado actual y de los verdaderos alcances e implicaciones de su implementación en el corto y en el largo plazo. También, por supuesto, en la formación de personal capacitado que pueda operar y mejorar las tecnologías que se pongan en marcha.

Bibliografía

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2 Los países miembros de está organización (OECD, por sus siglas en inglés) son: Estados Unidos, Canadá, México, Austria, Bélgica, República Checa, Dinamarca, Finlandia, Francia, Alemania, Grecia, Hungría, Islandia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Holanda, Noruega, Polonia, Portugal, Eslovaquia, España, Suiza, Suecia, Turquía, Reino Unido, Japón, Corea del Sur, Australia, Nueva Zelanda y Chile, aunque los datos de este último no están incluidos en las cifras de la EIA (US Energy Information Administration, 2010).

3 12.000 millones de tep son aproximadamente 498 × 1015 BTU. Como las fuentes bibliográficas reportan la energía en diferentes unidades, para hacer la conversión se usó como poder calorífico promedio del petróleo 41,27 MJ kg-1.

4 Los datos reportados en esta fuente son para el año 2006. Los datos del año 2007 se calcularon a partir de los reportados en esa misma fuente para 1980, 2000, 2006, 2015 y 2030.

5 Los datos reportados en esta fuente son para el año 2006. Los datos para el año 2007 se calcularon a partir de los reportados en esa misma fuente para 1980, 2000, 2006, 2015 y 2030. Esta fuente discrimina los usos de la energía así: industrial, transporte, residencial-servicios-agricultura y usos no energéticos, mientras que la EIA los hace de la siguiente forma: residencial, comercial, industria y transporte.

6 Equivalen a 79.948 millones de barriles.

7 En promedio, el precio del ACPM es el 85% del de la gasolina.

8 Los datos hasta 2006 corresponden a consumo y fueron tomados de http://www.ecopetrol.com.co, consultada en julio 5 de 2010. Los datos a partir de 2008 corresponden a demanda y fueron tomados de UPME, 2008.

9 Biomasa es la fracción biodegradable de productos, desechos y residuos de origen biológico, proveniente de la agricultura (incluyendo sustancias de origen animal y vegetal), silvicultura, y de las industrias relacionadas con ella, como la pesquera y la acuicultura, así como la fracción biodegradable de los desechos industriales y municipales (The European Council, 2009).

10 Es un combustible líquido o gaseoso utilizado para el transporte, obtenido a partir de biomasa (The European Parliament, 2009).

11 Consultado en http://www.fedebiocombustibles.com/v2/nota-web-id-271.htm, octubre 23 de 2010.

12 Conclusión a partir de las presentaciones hechas por los líderes del sector que presentaron sus perspectivas en International Congress o Biodiesel: The Science and the Technology, organizado por la AOCS en Viena, Austria (2007) y Munich, Alemania (2009).

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