Electrificación en Brasil: un camino de transición

ARTIGO ORIGINAL

LIMA,  Leandro Jose Barbosa ^[1], HAMZAGIC, Miroslava ^[2]

LIMA,  Leandro Jose Barbosa. HAMZAGIC, Miroslava. Electrificación en Brasil: un camino de transición. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Año. 07, ed. 11, vol. 07, págs. 83-98. Noviembre 2022. ISSN: 2448-0959, Enlace de acceso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/ingenieria-ingenieria-mecanica/electrificacion-en-brasil

RESUMEN

La transición energética está en marcha con un claro enfoque en la reducción de Gases de Efecto Invernadero (GEI). El mundo ya ha pasado por otras transiciones energéticas y otras iniciativas para reducir su impacto en la atmósfera, como son los casos de reducción de la contaminación atmosférica y la reducción de gases que afectan la capa de ozono, los gases fluorados. En este escenario, se sabe que ya hay varios caminos por explorar para el período de transición. Por lo tanto, este artículo tiene como objetivo explorar las formas en que Brasil podría aprovechar el uso de la electricidad en otros sectores, como el transporte, por ejemplo, y cómo puede avanzar hacia la reducción de emisiones en el sector eléctrico. Para ello se realizó una investigación exploratoria, explicativa y bibliográfica. Al final, se infiere que la electrificación tiende a ofrecer más flexibilidad y compatibilidad entre sistemas, especialmente considerando que algunas formas de transformación de energía a electricidad son más eficientes que otras.

Palabras clave: Transición energética, Electrificación, Eficiencia, Rendimiento, Gases de efecto invernadero.

1. INTRODUCCIÓN

Así como el mundo centró su atención en la reducción de los contaminantes del aire en la década de 1970, luego de las observaciones del impacto de la humanidad en el medio ambiente y los esfuerzos de la década de 1990 para reducir los gases que agotan la capa de ozono. Ahora, la humanidad enfrenta un nuevo desafío relacionado con la reducción de los Gases de Efecto Invernadero (GEI) (UNITED NATIONS DEVELOPMENT PROGRAMME, 2012; WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2021).

Los gases de efecto invernadero son gases que tienen la capacidad de retener el calor reflejado por la superficie terrestre y evitar el efecto de reflejar ese calor hacia el espacio. Se emiten de forma natural, pero también, y principalmente, por actividades antropogénicas. Existen diferentes gases de efecto invernadero, entre ellos podemos mencionar: dióxido de carbono, óxido nitroso, metano, entre otros. Sin embargo, el principal gas de efecto invernadero es el dióxido de carbono, que también se utiliza como referencia para medir el potencial de generar el efecto invernadero de otros gases, adoptando como unidad de medida el CO2e (LIMA; HAMZAGIC, 2022).

En 2019, Brasil emitió 450,5 MtCO2e para producción de energía, el 95% o 428,1 MtCO2e con procesos de combustión de combustibles y otros 22,4 MtCO2e relacionados con pérdidas. Estos números representan el 1,2% de las emisiones mundiales, que rondan los 37629,7 MtCO2e (IEA, 2022).

Con base en lo anterior, este artículo tiene como objetivo explorar las formas en que Brasil podría aprovechar el uso de la electricidad en otros sectores, como el transporte, por ejemplo, y cómo puede avanzar hacia la reducción de emisiones en el sector eléctrico.

Para ello, se llevó a cabo una investigación exploratoria, que buscó formas de entender dónde la electricidad juega actualmente un papel más desarrollado y cómo podría tomar una mayor participación en sectores que utilizan predominantemente combustibles fósiles, además de buscar soluciones para las emisiones relativas a la sector eléctrico, siendo también una investigación explicativa, que buscó, dentro de la literatura, explicar algunas de las estrategias globales en relación a la energía.

En cuanto al procedimiento técnico, esta fue una investigación bibliográfica y documental, que utilizó varias fuentes de información para comprender las principales emisiones, la forma en que se utiliza la energía eléctrica en Brasil y los sectores que aún no están cubiertos.

2. ACCESO A LA ELECTRICIDAD

El acceso a la electricidad es un factor de desarrollo económico y social. Sin embargo, se sabe que muchos países del mundo aún no pueden garantizar el acceso a la energía a sus habitantes, por ello, Naciones Unidas (2022), estableció, entre los 17 objetivos de desarrollo sostenible, energía limpia y asequible (objetivo #7).

La Tabla 1 muestra la comparación de Brasil con el promedio mundial en relación a este objetivo.

Cuadro 1 – Brasil y el mundo. Objetivo de desarrollo sostenible #7

Fuente: adaptado de ESMAP (2022).

Como se muestra arriba, en Brasil, el 100% de la población tiene acceso a la electricidad, mientras que el promedio mundial es del 91% (ESMAP, 2022).

Sin embargo, a pesar de que la población tiene acceso a la electricidad y que más del 75% de la electricidad producida en Brasil (2020) proviene de la generación hidroeléctrica, eólica y solar, como se puede ver en el Gráfico 2, el riesgo de desabastecimiento – el el llamado “apagón” – sólo está garantizado con el uso de plantas termoeléctricas, que, en su mayoría, funcionan con gas natural y reemplazan otras energías dependiendo de las condiciones climáticas que afectan directamente la capacidad de producción hidroeléctrica (BRASIL, 2020).

Gráfico 2 – Fuentes de generación de electricidad en Brasil y en el mundo, 2021

Aún así, en cuanto a la generación de energía en Brasil, el gráfico 3 muestra la cantidad de energía fiscalizada, es decir, en operación y actualmente disponible, y la cantidad de energía concedida, que incluye centros de generación en construcción o en etapa de planificación, lo que respalda un aumento en inversión en energías renovables en Brasil. Como parámetro, la potencia total inspeccionada asciende a 185.751.183,01 kW, mientras que la potencia otorgada asciende a 276.961.901,00 kW, lo que indica un crecimiento de 91.210.717,99 kW en la disponibilidad en los próximos años.

Gráfico 3 – Potencia y cantidad por tipo de planta, 2022

La Tabla 2 presenta un desglose de las plantas termoeléctricas en Brasil que operan con combustibles fósiles, incluido el gas natural, que se considera un combustible de transición y es compatible con el hidrógeno.

Tabla 2 – Cantidad y potencia concedida de centrales termoeléctricas operadas con

combustibles fósiles

Fuente: Brasil (2022a).

3. LA ELECTRIFICACIÓN COMO RUTA PARA LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA

Por definición, la energía es la propiedad cuantitativa que se transfiere a un cuerpo oa un sistema físico, reconocible en la realización de trabajo y en forma de calor y luz, y se mide en joules, del Sistema Internacional. La energía se convierte en luz, movimiento/cinética o, principalmente, calor, y la electrificación es una de las formas de conservar y transportar la energía (VALENTE, 1993).

Para producir energía para diferentes tipos de actividades humanas, estas fuentes de energía sufren transformaciones, por ejemplo, los holandeses solían tener energía cinética de los molinos de viento para realizar trabajos (aserrar madera para construir barcos más rápido que en otras áreas).

Según la ley de conservación de la energía, “La energía no se crea ni se destruye; por el contrario, sólo puede transformarse o transferirse de una forma a otra”. Esta ley de la física es la clave de este estudio, porque todo sistema tiene su eficiencia, y no existen motores perpetuos, o sistemas, que trabajen continuamente con energía, porque, en cada transformación -de cinético a calor, de calor a mecánico y de lo mecánico a lo eléctrico – hay, y siempre habrá, alguna pérdida de energía (VALENTE, 1993).

No sólo está la eficiencia de transformación de energía, sino también la eficiencia de emisión de las diferentes fuentes de energía, la eficiencia de transporte y la eficiencia de almacenamiento. En muchos casos, la energía se convierte en electricidad y la electricidad se usa más tarde para convertir esa energía nuevamente en calor o cinética, por ejemplo. Actualmente, la electricidad se puede utilizar en casi todos los sectores de la economía: transporte, agricultura, minería, producción de cemento, etc. pero la electrificación debe ser considerada como un camino de transición energética, capaz de ayudar a reducir las emisiones de GEI.

Las emisiones de gases de efecto invernadero no siempre son aisladas, en muchos casos existe asociación con contaminantes atmosféricos que pueden, directa o indirectamente, causar efectos nocivos, en su mayoría estocásticos, a la salud humana (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2021). El método de captura de carbono para uso o almacenamiento permanente (CCUS) es una de las formas de reducir o incluso eliminar las emisiones de las plantas que operan con combustibles fósiles y, considerando la creciente demanda de energía, esta tecnología se vuelve clave para el crecimiento y mantenimiento de producción eléctrica nacional (LIMA; HAMZAGIC, 2022).

Existe otra forma de producción de energía ilimitada, actualmente en desarrollo, que representa una oportunidad para la producción de energía limpia y segura: la fusión termonuclear controlada por confinamiento magnético de plasma. Típicamente, una máquina tipo tokamak, que logra, a través de una cámara de vacío, y el uso de un campo magnético intenso, confinar una columna de plasma que puede alcanzar millones de grados centígrados, y, con el uso de este calor, generar electricidad de turbinas de vapor y generadores eléctricos. Su eficiencia energética-volumen comparativa se puede ver en la siguiente figura (WILTGEN, 2022a, 2022b).

Figura 1 – Comparación entre los volúmenes de combustible necesarios para producir 1 GW de energía

En términos de energía nuclear, este no es el único camino a seguir. Los reactores nucleares pequeños, del inglés Small Modular Reactors (SMR), representan una solución para la producción propia de energía limpia para algunas centrales nucleares dada su modularidad, bajo coste de capital, flexibilidad, eficiencia y seguridad. Los SMR pueden incluso usarse para producir agua caliente para plantas industriales (ESTADOS UNIDOS, n.d.).

Gráfico 4 – Contaminantes atmosféricos asociados a los combustibles fósiles

Al observar el gráfico 1 y la tabla 2, y compararlo con el gráfico 4, es posible concluir que Brasil está en una posición privilegiada en relación al mundo en términos de emisiones de gases de efecto invernadero y, al observar el gráfico 2, algunas Oportunidades relacionadas con También se puede explorar la generación de energía, especialmente considerando que todavía existe el uso de carbón y petróleo en la producción de energía.

El Gráfico 5 muestra las emisiones en toneladas de CO2e, un desglose del Gráfico 1, donde se observa que el 47% de las emisiones relacionadas con la energía provienen de las actividades de transporte, que en Brasil es predominantemente carretero (LIMA, 2022).

Gráfico 5 – Brasil, 2019, emisiones en el área de energía por actividad económica

Y para comprender mejor las fuentes de energía y las emisiones del sector transporte, el gráfico 6 demuestra que el diésel y la gasolina predominan en esta cadena de suministro, mientras que la electricidad aún representa un valor insignificante.

Gráfico 6 – Brasil, 2019, consumo de energía en transporte en Toneladas Equivalentes de Petróleo (TEP)

A pesar del predominio del consumo de diésel como principal combustible en el sector transporte, la tendencia del consumo ha ido disminuyendo, mientras que la presencia de biocombustibles ha ido en aumento, como se puede observar en el Gráfico 7.

Gráfico 7 – Consumo de combustibles en el sector transporte en Brasil

Sin embargo, al observar datos del Ministerio de Infraestructura (BRASIL, 2022b) en relación a los tipos de combustible vehicular autorizados en Brasil, más del 75% son motocicletas y automóviles, que predominantemente no utilizan diésel en sus motores de combustión debido a la legislación vigente en Brasil, según el gráfico 8.

Gráfico 8 – Flota de vehículos en Brasil en agosto de 2022

Se necesitarían alrededor de 1200 kW/año para alimentar cada vehículo eléctrico en Brasil (60 millones). Considerando una distancia de conducción de 8.000 km/año para cada vehículo y una eficiencia energética de 0,15kW/km (el valor más bajo asumido), el consumo solo con vehículos eléctricos podría llegar a 72 TW por año, sin embargo, Brasil tiene una amplia matriz de biocombustibles, aún en expansión, lo que hace que la necesidad de electrificación de la flota sea algo manejable, en el largo plazo, para la adecuación de la matriz eléctrica (SILVA, 2017; ECO COST SAVINGS, 2020).

En vista de lo anterior, se destaca que Brasil cuenta con una buena red de distribución de energía eléctrica, y su población está bien cubierta en términos de acceso a la energía eléctrica. Más del 80% de la matriz eléctrica brasileña proviene de fuentes renovables y las inversiones en curso apuntan a la expansión de estas fuentes de energía.

En lo que respecta a la matriz energética y las emisiones de contaminantes y gases de efecto invernadero, el sector transporte es el de mayor impacto, y aun con una flota del 75% de vehículos que funcionan con otros combustibles, el consumo de diésel en el país, en este sector, es de aproximadamente 40 %, siendo el transporte de carga responsable por el 25% de las emisiones de CO2e (BRASIL, 2020).

En este escenario, la fusión nuclear representa la mayor oportunidad para el futuro de la electrificación, pero aún a largo plazo. Hasta entonces, estrategias de inversión, a corto y mediano plazo, en biocombustibles; uso de alternativas más limpias como el gas natural; recursos renovables; uso de hidrógeno o amoníaco como medio de transporte de energía a regiones con menor capacidad de generación renovable; los generadores compactos de fusión nuclear y el uso y avance de tecnologías tipo CCUS son claves.

4. CONSIDERACIONES FINALES

El mundo avanza en la dirección correcta con respecto a las metas de reducción de gases de efecto invernadero, así como ya se ha trabajado para reducir los gases que afectan la capa de ozono y para reducir los contaminantes atmosféricos.

No hay una sola fuente a considerar para la producción de energía, ya que todavía hay escasez de energía en el mundo, y muchos conflictos armados debido a esta escasez. Por tanto, a corto plazo no se puede descartar ninguna forma de energía, y métodos como la captura de carbono, la expansión de los biocombustibles o combustibles más limpios y el uso de la energía nuclear son cruciales a corto y medio plazo.

En vista de lo anterior, este artículo tuvo como objetivo explorar las formas en que Brasil podría mejorar el uso de la electricidad en otros sectores, como el transporte, por ejemplo, y cómo puede avanzar hacia la reducción de emisiones en el sector eléctrico.

Es posible verificar que la electrificación tiende a ofrecer más flexibilidad y compatibilidad entre sistemas, especialmente considerando que algunas formas de transformación de energía a electricidad son más eficientes que otras.

A corto plazo, la producción propia de energía, en viviendas, establecimientos comerciales e industriales, utilizando energía fotovoltaica, eólica e incluso a través de biogás o gas natural puede colaborar de forma muy positiva con el aumento de la disponibilidad del sistema eléctrico, así como , a medio plazo, las denominadas SMR pueden producir energía o calor para procesos y plantas industriales (primera planta en construcción). Aún en el mediano plazo, la conversión de vertederos del país en centrales eléctricas, utilizando biogás, aumentaría la disponibilidad del sistema eléctrico para otros fines. A largo plazo, el potencial para el desarrollo de la fusión nuclear, que suele ser una fuente inagotable de energía (primera planta de fusión nuclear estimada para 2100).

De esta forma, se debe continuar desarrollando la expansión e interconexión de las redes eléctricas, y la electrificación en sus diversos sectores y aplicaciones, así como otras investigaciones productivas con mayores rendimientos, y en formas más eficientes de uso de la energía. Y, a pesar de creer en el atractivo económico de los proyectos eólicos y fotovoltaicos para viviendas y comercios, y la creación de plantas a partir de vertederos, es necesaria una legislación específica y otros estímulos para que este proceso sea viable y rápido.

REFERENCIAS

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^[1] Magíster en Ingeniería Mecánica de la Universidade de Taubaté (UNITAU), MBA en Gestión Empresarial de la Fundação Getúlio Vargas (FGV), MBA en Gestión de Proyectos de la Fundación de Apoyo CEFET/RJ, Especialista en Ingeniería de Seguridad del Trabajo de la Universidade Candido Mendes (UCAM) , Especialista en Ingeniería de Petróleos por la Universidade Estácio de Sá (UNESA), Graduada en Ingeniería de Petróleos por la Universidade Estácio de Sá (UNESA) y Graduada en Tecnología Mecánica con énfasis en Automatización Industrial por el CEFET/RJ, y Certificado de Supervisor de Radioprotección por la CNEN. ORCID: 0000-0002-6647-3914.

^[2] Tutor. Doctora en Ingeniería de Producción por la Universidade de São Paulo, Maestría en Gestión del Desarrollo Regional por laUniversidade de Taubaté, Graduada en Arquitectura y Urbanismo por la Universidade de Taubaté. ORCID: 0000-0001-8082-5763.

Enviado: Septiembre de 2022.

Aprobado: Noviembre de 2022.