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Taxa de Retorn Energètica (TRE, EROEI) (disculpeu només en castellà)

Anteriormente, en este blog y en otros ya se ha hablado y discutido sobre la tasa de retorno energética (TRE, o en inglés Energy Returned over Energy Invested, EROEI). Una búsqueda en la red dirige principalmente a documentos muy técnicos o a la entradas de la wikipedia de dicho concepto. Sin embargo, esos artículos así como la gran mayoría de enlaces que se pueden encontrar, nos llevan siempre a definiciones matemáticas de dicho concepto y por tanto requieren de un cierto proceso de abstracción. Aquí voy a tratar de introducir dicho concepto de manera más gráfica primero, que en mi opinión, facilita su comprensión sin ningún grado de abstracción y a continuación entraré en las sencillas expresiones matemáticas para que se entiendan sus consecuencias, aunque de ésto, como ya he dicho, ya se ha hablado mucho más anteriormente. Lo que voy a contar puede resultar bastante elemental para muchos lectores, discúlpenme, pero las reticencias de ciertas personas sobre el concepto de la TRE y otros potenciales lectores no familiarizados con dicho concepto, me han motivado a pensar esta elemental presentación.

La mejor manera de entender el concepto del TRE es pensar en un ser vivo. Un ser vivo (heterótrofo), no necesariamente racional, necesita energía en forma de nutrientes para sobrevivir. La energía que le proporciona el metabolismo de esos nutrientes se procesa en el organismo (Ep) y se utiliza para mantenerse vivo, reproducirse, socializar (Eu) y una parte debe destinarla a buscar más recursos (Ei):

eroei

Evidentemente si el recurso es escaso, bien porque hay poco de por sí o bien porque hay competencia con otros seres vivos, se puede llegar a una situación donde gran parte del tiempo y energía se invierte en buscar recursos y si éste es suficientemente escaso puede representar la extinción.

Las sociedades humanas son conjuntos de seres vivos que necesitan energía para sobrevivir, pero que su compleja estructura social les lleva a consumir grandes cantidades de energía para socializar. Si nos centramos en el proceso de obtención de energía de nuestra sociedad, no sólo la analogía es evidente sino que es el resultado de los principios básicos de la Física. Un posible esquema serían las figuras siguientes:

eroei-fosil1

El proceso de obtención de energía útil (Eu) se realiza a través de una planta o sistema de transformación sea renovable o no. De forma genérica las energías fósiles aprovechan la energía almacenada en el recurso (gas, petróleo, uranio) y las energías renovables se basan en transformar energía de un tipo a otro (i.e. cinética-eléctrica, térmica-eléctrica, etc.). Estrictamente hablando ambas transforman un tipo de energía a otro; en el caso de las fósiles se aprovecha la entalpía de formación del recurso. En cualquier caso según el diagrama de las figuras anteriores e introduciendo la tasa de retorno energética ε como el cociente de Ep y Ei, se cumple que:

Definición de EROEI, Balance de Energía

obtenemos con simples matemáticas elementales

Ratio de energía

Bien vamos a representar Eu/Ep en función de ε (nótese que hemos cambiado el rango de las abcisas de forma decreciente)

En definitiva si los valores de la tasa de retorno son altos prácticamente la energía útil es la misma que la que resulta del proceso (Eu/ Ep ~ 1, es decir Eu ~ Ep) e independiente de si la TRE vale 30 o 80. En cambio si bajamos de aproximadamente 10 vemos que un cambio pequeño de la tasa de retorno produce variaciones significativas de la energía útil resultante. Si ε = 1, tenemos el caso en que toda la energía útil se utiliza para seguir obteniendo el recurso.

Aunque el concepto es claro y diáfano su cálculo es complejo, y se encuentran discrepancias entre los valores que se obtienen para cada una de las formas de energía (véase a modo de ejemplo las referencias y valores de la tabla que se encuentra en la wikipedia española o en la versión inglesa). Las discrepancias solamente pueden venir de las “fronteras” del cálculo; es decir básicamente qué consideramos a la hora de calcular Ei, Eu, Ep. Podríamos imputar no sólo todos los procesos de producción de las infraestructuras, transporte etc. sino también el capital humano necesario para ello, etc. En cualquier caso si se mantiene la misma frontera para todos los sistemas las tasas debieran ser equivalentes.

En un forum-debate en el que participé recientemente, un miembro destacado de una importante asociación ecologista me indicó, que no se podía comparar las TRE de los fósiles con las renovables porque en las fósiles había que incluir la energía de la fotosíntesis de las plantas, que posteriormente se transformaron en materia inerte, y que por otros procesos muy largos y complejos produjeron el hidrocarburo o gas. Esto es correcto, pero análogamente si uno quiere llevar esto a la discusión conceptual, evidentemente también habría que incluir en el caso de las energías renovables los procesos que dan lugar a una forma de energía que luego transformamos. Es decir, en el caso por ejemplo de la energía eólica (energía cinética en virtud del movimiento de la atmósfera), deberíamos incluir la energía necesaria para poner dicha atmósfera en movimiento, que luego es el “recurso” o forma de energía que explotamos. Creo que queda claro que por este camino ampliando la frontera de cálculo llegamos hasta el origen de las estrellas. Sin embargo, es lícito pensar en una frontera a partir de la cual solamente necesitamos la intervención humana. En el caso de las energías fósiles los trabajos para extraer el recurso (incluso se podría considerar la energía para buscarlo previamente) y en el caso de las renovables básicamente la construcción y puesta en marcha de los sistemas de transformación energética y/o la fabricación de materiales específicos para ello, que también es válido para las energías fósiles. Ahora bien, puestos de acuerdo en la delimitación de fronteras equivalentes, las TRE son una medida comparable entre sistemas de producción de energía primaria. En general de la literatura existente se aprecian unos valores de TRE para las energías fósiles como el petróleo, carbón y gas que tenían unas tasas grandes inicialmente y que han ido disminuyendo con el tiempo, mientras que ciertas energías renovables tienen unas tasas originalmente más pequeñas aunque algunas pueden aumentar algo con el tiempo.

En dicho forum no se criticaba que las energías renovables tuvieran tasas pequeñas sino que las fósiles fueran mucho más altas ! (incluso algún asistente cuestionó que la tasa de la energía nuclear fuera tan alta como indicaba la bibliografía, aspecto éste con el que estoy completamente de acuerdo). La discusión no es esa y no me dejaron tiempo para argumentarla. La discusión es que el comportamiento teórico de la tasa, es el que es, basado en principios elementales, y tasas bajas de cualquier tipo de energía implican un cierto tipo de obstáculo al desarrollo de la sociedad como la entendemos hoy, ya que invertimos más energía para extraer menos energía útil. Cuando la sociedad ha tenido sistemas energéticos con una tasa suficientemente elevada, como ha podio ser la segunda mitad del siglo XX con las energías fósiles, entonces se ha producido un desarrollo espectacular de la sociedad (bueno de una parte a la que pertenezco !) y tasas bajas implican en el futuro, queramos o no, una sociedad muy diferente a la actual. Es lamentable que algo que emerge de principios básicos se haya podido interpretar y/o se continúe interpretando como un descrédito de las energías renovables (o peor como una supuesta defensa de las energías fósiles). Nada más lejos de la realidad, las tasas de los fósiles están bajando y bajarán rápidamente y las renovables serán bajas de por sí aunque probablemente lleguen a ser constantes en el tiempo. Y luego qué hacemos ?¿

EGL

Para saber más:

  • 2010: Ecological Economics Reviews, Annals of the New York Academy of Sciences, Volume 1185,1–245, en particular el artículo de David J. Murphy y Charles A. S. Hall, Year in review—EROI or energy return on (energy) invested (pages 102–118).