Os limites da energia verde estão se tornando muito mais claros

talvez junto com a hidroeletricidade, podem ser a base de uma economia verde. As coisas estão cada vez mais não funcionando como planejado, no entanto. O gás natural ou carvão usado para equilibrar a produção intermitente de energias renováveis é cada vez mais caro ou não está disponível. Está ficando claro que os modeladores que encorajaram a visão de que uma transição suave para a energia eólica, solar e hidrelétrica é possível não perceberam alguns pontos importantes.

Vejamos alguns dos problemas:

[1] Está ficando claro que não se pode contar com energia eólica e solar intermitentes para fornecimento adequado de eletricidade quando o sistema de distribuição elétrica precisa deles.

Os primeiros modeladores não esperavam que a variabilidade da energia eólica e solar fosse um grande problema. Eles pareciam acreditar que, com o uso de energias renováveis intermitentes suficientes, sua variabilidade se cancelaria. Alternativamente, longas linhas de transmissão permitiriam transferência suficiente de eletricidade entre locais para compensar amplamente a variabilidade.

Na prática, a variabilidade ainda é um grande problema. Por exemplo, no terceiro trimestre de 2021, ventos fracos contribuíram significativamente para a crise de energia da Europa. Os maiores produtores eólicos da Europa (Grã-Bretanha, Alemanha e França) produziram apenas 14% da capacidade instalada durante este período, em comparação com uma média de 20% a 26% em anos anteriores. Ninguém havia planejado esse tipo de déficit de três meses.

Em 2021, a China experimentou um clima seco e sem vento, de modo que tanto a energia eólica quanto a hidrelétrica ficaram baixas. O país achou necessário usar apagões contínuos para lidar com a situação. Isso fez com que os semáforos falhassem e muitas famílias precisassem jantar à luz de velas.

Na Europa, com baixo fornecimento de eletricidade, Kosovo precisou usar apagões contínuos. Existe uma preocupação real de que a necessidade de apagões contínuos se espalhe para outras partes da Europa também, no final deste inverno ou em um inverno futuro. Os invernos são uma preocupação especial porque, então, a energia solar é baixa, enquanto as necessidades de aquecimento são altas.

[2] O armazenamento adequado de eletricidade não é viável em nenhum prazo razoável. Isso significa que, se os países frios não “congelarem no escuro” durante o inverno, o backup de combustível fóssil provavelmente será necessário por muitos anos no futuro.

Uma solução alternativa para a variabilidade de eletricidade é o armazenamento. Um artigo recente da Reuters é intitulado Ventos fracos pioraram a crise de energia da Europa; geradores precisam de melhor armazenamento. O artigo cita Matthew Jones, analista-chefe da EU Power, dizendo que a capacidade de backup de baixa ou zero emissões “ainda está a mais de uma década de estar disponível em escala”. Assim, ter baterias enormes ou armazenamento de hidrogênio na escala necessária para meses de armazenamento não é algo que possa ser criado razoavelmente agora ou nos próximos anos.

Hoje, a quantidade de armazenamento de eletricidade disponível pode ser medida em minutos ou horas. É usada principalmente para amortecer mudanças de curto prazo, como o vento parando temporariamente de soprar ou a rápida transição criada quando o sol se põe e os cidadãos estão cozinhando o jantar. O que é necessário é a capacidade para vários meses de armazenamento de eletricidade. Tal armazenamento exigiria uma quantidade surpreendentemente grande de materiais para produzir. Desnecessário dizer que, se tal armazenamento fosse incluído, o custo de todo o sistema elétrico seria substancialmente maior do que fomos levados a acreditar. Todos os principais tipos de análises de custo (incluindo o custo nivelado da energia, o retorno da energia investida e o período de retorno da energia) deixam de fora a necessidade de armazenamento (curto e longo prazo) se o equilíbrio com outra produção de eletricidade não estiver disponível.

Se não for encontrada nenhuma solução para o fornecimento inadequado de eletricidade, a demanda deve ser reduzida de uma forma ou de outra. Uma abordagem é fechar negócios ou escolas. Outra abordagem é lançar apagões. Uma terceira abordagem é permitir preços de eletricidade astronomicamente altos, espremendo alguns compradores de eletricidade. Uma quarta abordagem de equilíbrio é introduzir a recessão, talvez aumentando as taxas de juros; recessões reduzem a demanda por todos os bens e serviços não essenciais. As recessões tendem a levar a perdas significativas de empregos, além de reduzir a demanda de eletricidade. Nenhuma dessas coisas são opções atraentes.

[3] Após muitos anos de subsídios e leis, a eletricidade verde de hoje é apenas uma pequena fração do que é necessário para manter nossa economia atual funcionando.

Os primeiros modeladores não consideraram o quão difícil seria aumentar a eletricidade verde.
Comparado com o consumo total de energia mundial de hoje (energia elétrica e não elétrica, como petróleo, combinada), a eólica e a solar são realmente insignificantes. Em 2020, a energia eólica representou 3% do consumo total de energia do mundo e a solar representou 1% da energia total, usando a forma generosa de contar a eletricidade da BP, em relação a outros tipos de energia. Assim, a combinação de energia eólica e solar produziu 4% da energia mundial em 2020.

A Agência Internacional de Energia (AIE) usa uma abordagem menos generosa para creditar eletricidade; apenas dá crédito à energia térmica fornecida pela energia renovável. A IEA não mostra a energia eólica e solar separadamente em seus relatórios recentes. Em vez disso, mostra uma categoria “Outros” que inclui mais do que energia eólica e solar. Essa categoria mais ampla representou 2% da oferta mundial de energia em 2018.

A hidrelétrica é outro tipo de eletricidade verde que às vezes é considerada ao lado da eólica e solar. É um pouco maior do que o vento ou o solar; representou 7% da oferta mundial de energia em 2020. Juntos, hidrelétrica + eólica + solar representaram 11% da oferta mundial de energia em 2020, usando a metodologia da BP. Isso ainda não é muito diante do consumo total de energia do mundo.

É claro que diferentes partes do mundo variam em relação à parcela de energia gerada usando vento, hidrelétrica e solar. A Figura 1 mostra a porcentagem do total de energia gerada por essas três energias renováveis combinadas.

Figura 1. Eólica, solar e hidrelétrica como parcela do consumo total de energia para partes selecionadas do mundo, com base nos dados da Revisão Estatística de Energia Mundial de 2021 da BP. Russia+ é a Rússia e suas afiliadas na CEI.

Como esperado, a média mundial é de cerca de 11%. A União Européia é a mais alta, com 14%; A Rússia é mais baixa em 6,5%.

[4] Mesmo como porcentagem de eletricidade, em vez de energia total, as energias renováveis ainda representavam uma parcela relativamente pequena em 2020.

A energia eólica e solar não substituem a geração “despachável”; elas fornecem algum fornecimento temporário de eletricidade, mas tendem a tornar o sistema elétrico geral mais difícil de operar devido à variabilidade introduzida. As energias renováveis estão disponíveis apenas parte do tempo, portanto, outros tipos de fornecedores de eletricidade ainda são necessários quando o fornecimento temporariamente não está disponível. De certa forma, tudo o que eles estão substituindo é parte do combustível necessário para produzir eletricidade. Os custos fixos dos provedores de eletricidade de backup não são compensados adequadamente, nem os custos da complexidade adicional introduzida no sistema.

Se os analistas derem crédito total à energia eólica e solar para substituir a eletricidade, como faz a BP, então, em uma base mundial, a eletricidade eólica substituiu 6% do total de eletricidade consumida em 2020. A eletricidade solar substituiu 3% do total de eletricidade fornecida e a hidrelétrica substituiu 16% da eletricidade mundial. Em uma base combinada, eólica e solar forneceram 9% da eletricidade mundial. Com a hidrelétrica incluída também, essas energias renováveis representaram 25% da oferta mundial de eletricidade em 2020.

A parcela de abastecimento de eletricidade fornecida por energia eólica, solar e hidrelétrica varia de acordo com a parte do mundo, conforme mostrado na Figura 2. A União Europeia é a mais alta, com 32%; O Japão é mais baixo em 17%.

Figura 2. Eólica, solar e hidrelétrica como parcela do fornecimento total de eletricidade para partes selecionadas do mundo, com base nos dados da Revisão Estatística de Energia Mundial de 2021 da BP.

O agrupamento de países “Todos os Outros” mostrado na Figura 2 inclui muitos dos países mais pobres. Esses países costumam usar bastante energia hidrelétrica, embora a disponibilidade de hidroeletricidade tenda a flutuar muito, dependendo das condições climáticas. Se uma área estiver sujeita a estações chuvosas e secas, é provável que haja fornecimento de eletricidade muito limitado durante a estação seca. Em áreas com neve derretida, suprimentos muito grandes geralmente estão disponíveis na primavera e suprimentos muito menores durante o resto do ano.
Assim, embora a hidroeletricidade seja frequentemente considerada uma fonte confiável de energia, isso pode ou não ser o caso. Como a energia eólica e solar, a hidroeletricidade geralmente precisa de combustível fóssil para que a indústria possa depender de ter eletricidade o ano todo.

[5] A maioria dos modeladores não compreendeu que as razões de reserva para produção superestimam muito a quantidade de combustíveis fósseis e outros minerais que a economia será capaz de extrair.

A maioria dos modeladores não entendeu como a economia mundial funciona. Eles assumiram que, enquanto tivermos capacidade técnica para extrair combustíveis fósseis ou outros minerais, seremos capazes de fazê-lo. Uma maneira popular de olhar para a disponibilidade de recursos é como reservas para as taxas de produção. Esses índices representam uma estimativa de quantos anos de produção podem continuar, se a extração seguir na mesma taxa do ano mais recente, considerando os recursos conhecidos e a tecnologia atual.

Figura 3. Rátios de reserva para produção de vários minerais, com base em dados da Revisão Estatística da Energia Mundial de 2021 da BP.

Uma crença comum é que esses índices subestimam quanto de cada recurso está disponível, em parte porque a tecnologia continua melhorando e em parte porque a exploração desses minerais pode não estar completa.

Na verdade, esse modelo de disponibilidade futura de recursos superestima muito a quantidade de recursos futuros que podem realmente ser extraídos. O problema é que a economia mundial tende a ficar sem muitos tipos de recursos simultaneamente. Por exemplo, os dados de preços de commodities do Banco Mundial mostram que os preços estavam altos em janeiro de 2022 para muitos materiais, incluindo combustíveis fósseis, fertilizantes, alumínio, cobre, minério de ferro, níquel, estanho e zinco. Embora os preços tenham subido muito, isso não é uma indicação de que os produtores poderão usar esses altos preços para extrair mais desses materiais necessários.

Para produzir mais combustíveis fósseis ou mais minerais de qualquer tipo, a preparação deve ser iniciada com anos de antecedência. Novos poços de petróleo devem ser construídos em locais adequados; novas minas de cobre ou lítio ou minerais de terras raras devem ser construídas; os trabalhadores devem ser treinados para todas essas áreas. Preços altos para muitas commodities podem ser um sinal de demanda temporariamente alta, ou pode ser um sinal de que algo está seriamente errado com o sistema. Não há como o sistema aumentar a produção necessária em um grande número de áreas ao mesmo tempo. As linhas de abastecimento vão quebrar. É provável que a recessão se instale.

O problema subjacente ao recente aumento nos preços parece ser “retornos decrescentes”. Esses retornos decrescentes afetam quase todas as partes da economia simultaneamente. Para cada tipo de mineral, os mineradores produziram primeiro os materiais mais fáceis de extrair. Mais tarde, eles passaram para poços de petróleo mais profundos e minerais de baixo teor. A poluição cresceu gradualmente, por isso também precisava de um maior investimento. Ao mesmo tempo, a população mundial vem crescendo, de modo que a economia exigiu mais alimentos, água potável e bens de vários tipos; estes também exigem o investimento de recursos de vários tipos.

O problema que eventualmente atinge a economia é que ela não consegue manter o crescimento econômico. Muitas áreas da economia exigem investimento, simultaneamente, porque os retornos decrescentes continuam aumentando as necessidades de investimento. Este investimento não é simplesmente um investimento financeiro; é um investimento de recursos físicos (petróleo, carvão, aço, cobre, etc.) e um investimento do tempo das pessoas.

A maneira pela qual a economia ficaria sem materiais de investimento foi simulada no livro de 1972, The Limits to Growth, de Donella Meadows e outros. O livro apresentou os resultados de uma série de simulações sobre como a economia mundial se comportaria no futuro. Praticamente todas as simulações indicaram que eventualmente a economia atingiria limites de crescimento. Um grande problema era que uma parcela muito grande da produção da economia era necessária para reinvestimento, deixando muito pouco para outros usos. No modelo básico, tais limites ao crescimento surgiram agora, em meados da primeira metade do século XXI. A economia pararia de crescer e tenderia a entrar em colapso.

[6] A economia mundial parece já estar atingindo limites na extração de carvão e gás natural para serem usados para equilibrar o fornecimento elétrico fornecido por energias renováveis intermitentes.

Carvão e gás natural são caros para transportar, portanto, se forem exportados, tendem a ser exportados principalmente para países próximos. Por esta razão, minha análise agrupa exportações e importações em grandes regiões onde o comércio é mais provável.

Se analisarmos as importações de gás natural por parte do mundo, duas regiões se destacam como as que mais importam gás natural fora da região: Europa e Ásia-Pacífico. A Figura 4 mostra que as importações de gás natural fora da região da Europa têm sido relativamente estáveis, enquanto as importações fora da região da Ásia-Pacífico vêm crescendo.

Figura 4. Importações de gás natural em exajoules por ano, com base em dados da Revisão Estatística da Energia Mundial de 2021 da BP.

A razão pela qual as importações da Ásia-Pacífico vêm crescendo é para apoiar sua crescente produção industrial. A produção manufatureira tem sido cada vez mais deslocada para a região da Ásia-Pacífico, em parte porque essa região pode realizar essa fabricação de maneira barata e em parte porque os países ricos querem reduzir sua pegada de carbono. Mover a indústria pesada para o exterior reduz a geração de CO2 relatada de um país, mesmo que os itens manufaturados sejam importados como produtos acabados.

A Figura 5 mostra que o abastecimento de gás natural da própria Europa vem caindo. Esta é uma das principais razões para suas necessidades de importação de fora da região.

Figura 5. Produção, consumo e importações de gás natural da Europa com base em dados da Revisão Estatística da Energia Mundial de 2021 da BP.

A Figura 6, abaixo, mostra que o consumo total de energia per capita da Ásia-Pacífico vem crescendo. Os novos empregos industriais transferidos para esta região elevaram os padrões de vida de muitos trabalhadores. A Europa, por outro lado, reduziu sua fabricação local. Seu povo tende a ficar mais pobre, em termos de consumo de energia per capita. Os empregos de serviços exigidos pela redução do consumo de energia per capita tendem a pagar menos do que os empregos de manufatura que substituíram.

Figura 6. Consumo de energia per capita para a Europa em comparação com a Ásia-Pacífico, com base nos dados da Revisão Estatística da Energia Mundial de 2021 da BP.

Recentemente, a Europa teve conflitos com a Rússia por causa do gás natural. O mundo parece estar chegando a uma situação em que não há exportações suficientes de gás natural para todos. A região da Ásia-Pacífico (ou pelo menos as partes mais produtivas da região da Ásia-Pacífico) parece ser capaz de superar a Europa, quando o fornecimento local de gás natural é inadequado.

A Figura 7, abaixo, dá uma ideia aproximada da quantidade de exportações disponíveis da Rússia e suas afiliadas (às vezes chamada de Comunidade de Estados Independentes (CEI) em comparação com as necessidades de importação da Europa. (Neste gráfico, comparo as importações totais de gás natural da Europa (incluindo as do norte da África e GNL) com as exportações de gás natural da Rússia e suas afiliadas (para todas as nações, não apenas para a Europa). Nesta base aproximada, descobrimos que as importações da Europa são maiores do que as exportações da Rússia e dos países aos quais está afiliada.

Figura 7. Importações totais de gás natural da Europa em comparação com as exportações totais de gás natural da Rússia e suas afiliadas, com base nos dados da Revisão Estatística da Energia Mundial de 2021 da BP.

A Europa já está enfrentando vários problemas de gás natural. Seu fornecimento do norte da África não é tão confiável quanto no passado. A Rússia e suas afiliadas não estão fornecendo tanto gás natural quanto a Europa gostaria, e os preços spot, especialmente, parecem estar muito altos. Há também divergências relativas aos gasodutos. A Bloomberg informa que a Rússia aumentará suas exportações para a China nos próximos anos. A menos que a Rússia encontre uma maneira de aumentar seu suprimento de gás, maiores exportações para a China provavelmente deixarão menos gás natural para a Rússia exportar para a Europa nos próximos anos.

Se olharmos ao redor do mundo para ver quais outras fontes de exportação de gás natural estão disponíveis para a Europa, descobriremos que as escolhas são limitadas.

Figura 8. Exportações históricas de gás natural com base em dados da Revisão Estatística da Energia Mundial da BP de 2021. O resto do mundo inclui África, Oriente Médio e Américas, excluindo os Estados Unidos. Rússia+ inclui membros da CEI.

Os Estados Unidos são apresentados como uma possível escolha para aumentar as importações de gás natural para a Europa. Um dos problemas com as crescentes exportações de gás natural dos Estados Unidos é o fato de que, historicamente, os EUA têm sido um importador de gás natural; não está claro quanto as exportações podem subir acima do nível de 2022. Além disso, parte do gás natural dos EUA é coproduzido com óleo de shale. O petróleo de shale provavelmente não crescerá muito nos próximos anos; na verdade, muito provavelmente estará diminuindo por causa dos poços esgotados. Isso pode limitar o crescimento dos EUA no fornecimento de gás natural disponível para exportação.

A categoria Resto do Mundo na Figura 8 também não parece ter muitas possibilidades de crescimento nas exportações para a Europa, porque as exportações totais estão caindo. (O resto do mundo inclui as Américas, excluindo os Estados Unidos, o Oriente Médio e a África.) Há muitos relatos de países, incluindo Iraque e Turquia, que não conseguem comprar o gás natural que gostariam. Não parece haver gás natural suficiente no mercado agora. Há poucos relatos de suprimentos aumentando para substituir suprimentos esgotados.

No que diz respeito ao carvão, a situação na Europa é apenas um pouco diferente. A Figura 9 mostra que a oferta de carvão da Europa está se esgotando e as importações não conseguiram compensar esse esgotamento.

Figura 9. Produção, consumo e importações de carvão da Europa, com base em dados da Revisão Estatística da Energia Mundial de 2021 da BP.

Se uma pessoa procura ao redor do mundo lugares para obter mais importações para a Europa, não há muitas opções.

Figura 10. Produção de carvão por parte do mundo, com base em dados da Revisão Estatística da Energia Mundial de 2021 da BP.

A Figura 10 mostra que a maior parte da produção de carvão está na região da Ásia-Pacífico. Com China, Índia e Japão localizados na região Ásia-Pacífico, e altos custos de trânsito, é improvável que este carvão saia da região. Os Estados Unidos têm sido um grande produtor de carvão, mas sua produção diminuiu nos últimos anos. Ainda exporta uma quantidade relativamente pequena de carvão. A possibilidade mais provável de aumento das importações de carvão seria da Rússia e suas afiliadas. Aqui, também, a Europa provavelmente precisará superar a China para comprar esse carvão. Um melhor relacionamento com a Rússia também seria útil.

A Figura 10 mostra que a produção mundial de carvão está praticamente estável desde 2011. Um país só exportará o carvão de que não precisa. Assim, um déficit na capacidade de exportação é um sinal de alerta precoce de uma oferta geral inadequada. Com as economias de muitos países da Ásia-Pacífico ainda crescendo rapidamente, a demanda por importações de carvão provavelmente crescerá para esta região. Embora os modeladores possam pensar que há cerca de 150 anos de suprimento de carvão disponível, a experiência do mundo real sugere que os limites de carvão já estão sendo atingidos.

[7] Conclusão. Modeladores e líderes em todos os lugares tiveram um mal-entendido básico sobre como a economia funciona e quais limites estamos enfrentando. Esse mal-entendido permitiu que os cientistas montassem modelos que estão longe da situação que realmente estamos enfrentando.

A economia funciona como um todo integrado, assim como o corpo de um ser humano funciona como um todo integrado, em vez de um conjunto de células de diferentes tipos. Isso é algo que a maioria dos modeladores não entende, e suas técnicas não estão equipadas para lidar com isso.
A economia está enfrentando muitos limites simultaneamente: muitas pessoas, muita poluição, poucos peixes no oceano, mais difícil extrair combustíveis fósseis e muitos outros. A maneira como esses limites se desenrolam parece ser a maneira como os modelos do livro de 1972, The Limits to Growth, sugerem: Eles funcionam em uma base combinada. O verdadeiro problema é que os retornos decrescentes levam a enormes necessidades de investimento em muitas áreas simultaneamente. Talvez uma ou duas dessas necessidades de investimento pudessem ser atendidas, mas não todas de uma vez.

A abordagem dos modeladores, praticamente em todos os lugares, é dividir um problema em pequenas partes e assumir que cada parte do problema pode ser resolvida independentemente. Assim, aqueles preocupados com o “Pico do Petróleo” estão preocupados com a falta de petróleo. Encontrar substitutos parecia ser importante. Os preocupados com a mudança climática estavam convencidos de que grandes quantidades de combustíveis fósseis ainda precisam ser extraídas, até mais do que as quantidades indicadas pelas razões reservas/produção. A preocupação deles era encontrar substitutos para a enorme quantidade de combustíveis fósseis que eles acreditavam que ainda precisava ser extraído, o que poderia causar mudanças climáticas.

Os políticos podiam ver que havia algum tipo de grande problema no horizonte, mas não entendiam o que era. A ideia de substituir os combustíveis fósseis por energias renováveis parecia ser uma solução que deixaria felizes tanto os “Peak Oilers” quanto os preocupados com as mudanças climáticas. Modelos baseados na substituição de energias renováveis por combustíveis fósseis pareciam agradar a quase todos. A abordagem das energias renováveis sugeriu que temos um prazo muito longo para lidar, adiando o problema o máximo possível no futuro.

Hoje, estamos começando a ver que as energias renováveis não são capazes de cumprir a promessa que os modeladores esperavam. Exatamente como a situação vai se desenrolar não está totalmente claro, mas parece que todos teremos assentos na primeira fila para descobrir.

Original: https://ourfiniteworld.com/2022/02/09/limits-to-green-energy-are-becoming-much-clearer/