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Como os modelos de transição de energia dão errado

23 Junho Escrito por  Gail Tverberg Lido 321 vezes

face-mulherEu escrevi muitos posts relacionados ao fato de que vivemos em um mundo finito.

Em algum ponto, nossa capacidade de extrair recursos torna-se limitada. Ao mesmo tempo, a população continua aumentando. O resultado normal quando a população é muito alta para recursos é "desequilíbrio e colapso". Mas esse não é um assunto que os políticos, banqueiros centrais ou oligarcas que participam do Fórum Econômico Mundial se atrevam a falar.

Em vez disso, os líderes mundiais encontram um problema diferente, a saber, mudança climática, para enfatizar acima de outros problemas. Convenientemente, a mudança climática parece ter algumas das mesmas soluções que “ficar sem combustíveis fósseis”. Portanto, uma pessoa pode pensar que uma transição energética projetada para tentar consertar a mudança climática funcionaria igualmente bem para tentar consertar o esgotamento dos combustíveis fósseis. Infelizmente, não é assim que funciona.

Nesta postagem, irei expor alguns dos problemas envolvidos.

[1] Existem muitas restrições diferentes às quais as novas fontes de energia precisam se conformar.

Estas são algumas das restrições que vejo:

     Deve ser barato de produzir
     Deve funcionar com o portfólio atual de equipamentos existentes
     Deve estar disponível nas quantidades necessárias, no prazo necessário
     Não deve poluir o meio ambiente, seja quando criado ou no final de sua vida útil
     Não deve adicionar CO2 à atmosfera
     Não deve distorcer os ecossistemas
     Deve ser facilmente armazenado ou deve ser facilmente aumentado e reduzido para corresponder com precisão às necessidades de temporização de energia
     Não pode usar água doce em excesso ou minerais escassos
     Não pode exigir uma nova infraestrutura própria, a menos que seja considerado o enorme custo em termos de atraso no tempo e maior uso de materiais.

Se um tipo de energia for simplesmente um pequeno acréscimo ao sistema existente, talvez um pequeno desvio da lista acima possa ser tolerado, mas se houver qualquer intenção de aumentar o novo tipo de energia, todos esses requisitos devem ser atendidos.

É realmente o custo geral do sistema que é importante. Historicamente, o uso de carvão ajudou a manter baixo o custo geral do sistema. Os substitutos precisam ser desenvolvidos considerando as necessidades gerais e o custo do sistema.

A razão pela qual o custo geral do sistema é importante é porque os países com sistemas de energia de alto custo terão dificuldade em competir no mercado mundial, uma vez que os custos da energia são uma parte importante do custo de produção de bens e serviços. Por exemplo, o custo de operação de um navio de cruzeiro depende, em grande medida, do custo do combustível que ele usa.

Em teoria, tipos de energia que funcionam com dispositivos diferentes (digamos, carros elétricos e caminhões em vez daqueles operados por motores de combustão interna) podem ser usados, mas pode-se esperar um longo atraso antes que ocorra uma mudança de material no uso geral de energia. Além disso, pode ser necessário um grande aumento no uso total de materiais para a produção. O sistema não pode funcionar se o custo total for muito alto, ou se os materiais não estiverem realmente disponíveis, ou se o tempo for muito curto.

[2] A principal coisa que faz uma economia crescer é uma oferta cada vez maior de produtos energéticos de produção barata.

A comida é um produto energético. Vamos pensar no que acontece quando a agricultura é mecanizada, normalmente usando dispositivos feitos e operados com carvão e petróleo. O custo de produção de alimentos cai substancialmente. Em vez de gastar, por exemplo, 50% do salário de uma pessoa com comida, o percentual pode cair gradualmente para 20% do salário e, em seguida, para 10% do salário com alimentação e, eventualmente, até, digamos, 2% do salário para alimentação.

À medida que os gastos com alimentação caem, surgem oportunidades para outros gastos, mesmo com os salários permanecendo relativamente estáveis. Com gastos menores com comida, uma pessoa pode gastar mais em livros (feitos com produtos energéticos), ou transporte pessoal (como um veículo), ou entretenimento (também possibilitado por produtos energéticos). Estranhamente, para que uma economia cresça, os itens essenciais precisam se tornar uma parcela cada vez menor do orçamento de todos, para que os cidadãos tenham renda suficiente disponível para mais itens opcionais.

É o uso de ferramentas, feitas e operadas com produtos energéticos baratos dos tipos certos, que potencializa o trabalho humano para que os trabalhadores possam produzir mais alimentos em um determinado período de tempo. Essa mesma abordagem também disponibiliza muitos outros bens e serviços.

Em geral, quanto menos caro for um produto energético, mais útil será para a economia. Um país operando com um mix de produtos energéticos de baixo custo tenderá a ser mais competitivo no mercado mundial do que um país com um mix de produtos energéticos de alto custo. O petróleo tende a ser caro; o carvão tende a ser barato. Essa é a principal razão pela qual, nos últimos anos, os países que usam muito carvão em sua matriz energética (como China e Índia) conseguiram fazer suas economias crescer muito mais rapidamente do que aqueles países que dependem fortemente do petróleo em suas matrizes energéticas.

[3] Se os produtos de energia estão se tornando mais caros para produzir, ou sua produção não está crescendo muito rapidamente, existem soluções temporárias que podem esconder esse problema por vários anos.

Nas décadas de 1950 e 1960, o consumo mundial de carvão e petróleo crescia rapidamente. Gás natural, hidrelétrica e (um pouco) nuclear também foram adicionados. O custo de produção permaneceu baixo. Por exemplo, o preço do petróleo, convertido para o valor do dólar de hoje, era inferior a $ 20 por barril.

Passados os idílicos anos 1950 e 1960, foi necessário esconder os problemas associados ao aumento do custo de produção usando várias abordagens:

-Uso crescente de dívidas - realmente uma promessa de bens e serviços futuros feitos com energia

-Taxas de juros mais baixas - permite que o aumento da dívida seja menos um fardo financeiro

-Aumento do uso de tecnologia - para melhorar a eficiência no uso de energia

-Uso crescente da globalização - para fazer uso do mix de energia mais barato de outros países e menor custo de mão de obra

Depois de mais de 50 anos, parece que estamos atingindo limites com relação a todas essas técnicas:

Os níveis de dívida são excessivos

As taxas de juros estão muito baixas, mesmo abaixo de zero

O uso crescente de tecnologia, bem como a globalização, levou a disparidades salariais cada vez maiores; muitos empregos de baixo nível foram eliminados completamente

A globalização atingiu seus limites; A China chegou a uma situação em que sua oferta de carvão não está mais crescendo

[4] A questão que a maioria das pessoas não consegue entender é o fato de que, com o esgotamento, o custo de produção de produtos energéticos tende a aumentar, mas os preços de venda desses produtos energéticos não sobem o suficiente para acompanhar o custo crescente do esgotamento.

Como resultado, a produção de produtos energéticos tende a cair porque a produção se torna não lucrativa.

À medida que nos afastamos cada vez mais da situação ideal (petróleo inferior a US $ 20 por barril e aumentando em quantidade a cada ano), surge um número crescente de problemas:

-Tanto as empresas de petróleo / gás quanto as de carvão tornam-se menos lucrativas.

-Com lucros menores das empresas de energia, os governos podem coletar menos impostos dessas empresas.

- À medida que poços e minas antigas se esgotam, o custo de reinvestimento torna-se mais um fardo. Eventualmente, novos investimentos são reduzidos ao ponto em que a produção começa a cair.

-Com menos crescimento no consumo de energia, o crescimento da produtividade tende a ser retardado. Isso ocorre porque a energia é necessária para mecanizar ou informatizar processos.

-A disparidade salarial tende a aumentar; os trabalhadores estão cada vez mais insatisfeitos com seus governos.

[5] Autoridades com uma compreensão incorreta de porquê e como os suprimentos de energia caem presumiram que haveria muito mais combustíveis fósseis disponíveis do que realmente é o caso. Eles também presumiram que preços relativamente altos para alternativas seriam aceitáveis.

Em 2012, Jorgen Randers preparou uma previsão para os próximos 40 anos para o Clube de Roma, em forma de livro, 2052, com dados associados. Olhando para os dados, vemos que Randers previu que o consumo mundial de carvão cresceria 28% entre 2010 e 2020. Na verdade, o consumo mundial de carvão cresceu 0% nesse período. (Esta última previsão é baseada nas estimativas de consumo de carvão da BP para 2010 e 2019 da Revisão Estatística de Energia Mundial 2020 da BP, ajustada para a mudança do período de 2019 a 2020 usando a estimativa da IEA de sua Revisão Global de Energia 2021.)

É muito fácil presumir que altas estimativas de recursos de carvão no solo levarão a grandes quantidades de carvão real extraído e queimado. A experiência mundial entre 2010 e 2020 mostra que não é necessariamente assim que funciona na prática. Para que o consumo de carvão cresça, o preço de entrega do carvão deve permanecer baixo o suficiente para que os clientes possam pagar seu uso nos produtos finais que ele fornece. Muito do suposto carvão disponível está longe dos centros populacionais. Algumas minas estão mesmo sob o Mar do Norte. Os custos de extração e entrega tornam-se muito altos, mas isso não é levado em consideração nas estimativas de recursos.

As previsões da disponibilidade futura de gás natural sofrem da mesma tendência de sobre avaliação. Randers estimou que o consumo mundial de gás cresceria 40% entre 2010 e 2020, quando o aumento real foi de 22%. Outras autoridades superestimam do mesmo modo o uso futuro do combustível, supondo que, "é claro", os preços permanecerão altos o suficiente para permitir a extração. A maior parte do consumo de energia está bem entranhada nos bens e serviços que compramos, como o custo de um veículo ou o custo de aquecimento de uma casa. Se não podemos pagar o veículo, não o compramos; se o custo de aquecimento da casa de uma família aumentar muito, as famílias econômicas desligarão o termostato.

Os preços do petróleo, mesmo com a recente alta, estão abaixo de US $ 75 por barril. Estimei que, para uma produção lucrativa de petróleo (incluindo fundos adequados para reinvestimento de alto custo e impostos suficientes para os governos), os preços do petróleo precisam ser superiores a US $ 120 por barril. É a falta de rentabilidade que causou a recente queda na produção. Pode-se esperar que esses problemas de lucratividade levem a mais quedas de produção no futuro.

Com este problema de preço baixo, as estimativas de combustível fóssil usadas em cenários de modelos climáticos são quase certamente exageradas. Espera-se que esse viés leve a estimativas exageradas de mudanças climáticas futuras.

A crença errônea de que os preços da energia sempre aumentarão para cobrir os custos de produção mais altos também leva à crença de que alternativas de custo relativamente alto aos combustíveis fósseis seriam aceitáveis.

[6] Nossa necessidade de suprimentos adicionais de energia do tipo certo é extremamente alta agora. Não podemos esperar por uma longa transição. Mesmo 30 anos é muito tempo.

Vimos na seção [3] que as soluções alternativas para a falta de oferta crescente de energia, como dívidas mais altas e taxas de juros mais baixas, estão chegando ao limite. Além disso, há vários anos os preços são inaceitavelmente baixos para os produtores de petróleo. Não surpreendentemente, a produção de petróleo começou a diminuir:

Figura 1 - Produção mundial de petróleo bruto e condensado, com base em dados da US Energy Information Administration

O que é realmente necessário é energia suficiente dos tipos certos para a crescente população mundial. Portanto, é importante observar o consumo de energia per capita. A Figura 2 mostra a produção de energia per capita para três agrupamentos:

Nível 1: Petróleo e Carvão

Nível 2: Gás Natural, Nuclear e Hidroelétrica

Nível 3: Outras energias renováveis, incluindo energia eólica intermitente e solar

Figura 2 Consumo mundial de energia per capita por nível. Valores até 2019 com base na Revisão Estatística de Energia Mundial 2020 da BP. Mudanças para 2020 com base em estimativas fornecidas pela IEA Global Energy Review 2021.

A Figura 2 mostra que a maior queda está no Nível 1: Carvão e Petróleo. De muitas maneiras, carvão e petróleo são tipos básicos de energia para a economia porque são relativamente fáceis de transportar e armazenar. O óleo é importante porque é usado na operação de máquinas agrícolas, máquinas de reparos de estradas e veículos de todos os tipos, incluindo navios e aviões. O carvão é importante em parte por causa de seu baixo custo, ajudando os salários a se esticarem ainda mais para produtos acabados e serviços. O carvão é usado de várias maneiras, incluindo produção de eletricidade e fabricação de aço e concreto. Usamos carvão e óleo para manter as linhas de transmissão de eletricidade.
A Figura 2 mostra que o consumo de energia per capita do Nível 2 cresceu rapidamente no período de 1965 a 1990, mas seu crescimento diminuiu nos últimos anos.

As fontes de Energia Verde no Nível 3 têm crescido rapidamente a partir de uma base baixa, mas sua produção ainda é pequena em comparação com a produção geral que seria necessária se elas substituíssem a energia das fontes Nível 1 e Nível 2. Elas claramente não podem por si próprios impulsionar a economia de hoje.

É muito difícil imaginar qualquer uma das fontes de energia de Nível 2 e Nível 3 sendo capaz de crescer sem assistência substancial de carvão e petróleo. Todas as fontes de energia atuais de Nível 2 e Nível 3 dependem do carvão e do petróleo em muitos pontos da cadeia de produção, distribuição, operação e eventual reciclagem. Se algum dia chegarmos às fontes de energia de nível 4 (como fusão ou solar espacial), eu esperaria que eles também precisassem de petróleo e / ou carvão em sua produção, transporte e distribuição, a menos que haja uma transição incrivelmente longa e uma enorme mudança na infraestrutura de energia.

[7] É fácil para os pesquisadores de energia definirem suas visões muito restritas.

[a] Precisamos olhar para a estrutura de custo de energia extremamente baixa das décadas de 1950 e 1960 como um modelo, não compatível a estrutura de custo muito mais alta.

Há anos escondemos os problemas mundiais de energia por trás do aumento da dívida e da queda das taxas de juros. Com níveis de endividamento muito altos e taxas de juros muito baixas, está se tornando menos viável estimular a economia usando essas abordagens. Nós realmente precisamos de produtos de energia muito baratos. Esses produtos de energia precisam fornecer uma gama completa de serviços exigidos pela economia, não apenas eletricidade intermitente.

Nas décadas de 1950 e 1960, a proporção entre Energia Gerada e Investimento em Energia provavelmente estava na faixa de 50: 1 para muitos produtos de energia. Os produtos de energia eram muito lucrativos; eles poderiam ser altamente tributados. Os produtos de energia alternativa que desenvolvemos hoje precisam ter características semelhantes se quiserem realmente desempenhar um papel importante na economia.

[b] Um estudo recente diz que as emissões de gases de efeito estufa relacionadas ao sistema alimentar respondem por um terço do total de gases antropogênicos do aquecimento global. Uma maneira de cultivar alimentos suficientes é claramente necessária.

Obviamente, não podemos cultivar alimentos usando eletricidade intermitente. A agricultura não é um empreendimento facilmente eletrificado. Se não tivermos alternativa, o carvão e o petróleo que estamos usando agora na agricultura realmente precisam continuar, mesmo que isso requeira subsídios.

[c] A eletricidade hidrelétrica parece uma boa fonte de energia, mas na prática apresenta muitas deficiências.

Algumas das barragens hidrelétricas agora instaladas têm mais de 100 anos. Isso está se aproximando do tempo de vida do concreto nas barragens. É provável que sejam necessários manutenção e reparos consideráveis (usando carvão e óleo indiretamente) se essas barragens continuarem a ser usadas.

A água disponível para fornecer energia hidrelétrica tende a variar muito com o tempo. A Figura 3 mostra a geração de hidreletricidade da Califórnia por mês.

Figura 3. Produção de energia hidrelétrica da Califórnia por mês, com base em dados da US Energy Information Administration.

Assim, na prática, a energia hidrelétrica precisa ser equilibrada com os combustíveis fósseis para fornecer energia que pode ser usada para abastecer uma fábrica ou aquecer uma casa no inverno. O armazenamento a bateria nunca seria suficiente. Existem muitas lacunas, como visto nos últimos meses.

Se a energia hidrelétrica for usada em uma área tropical com estações secas e chuvosas, o resultado seria ainda mais extremo. Um país pobre com uma nova usina hidrelétrica pode encontrar dificuldade para usar sua produção. A eletricidade só pode ser usada para atividades muito opcionais, como mineração de bitcoin ou carregar pequenas baterias para luzes e telefones.

Qualquer nova barragem hidrelétrica corre o risco de tirar a água de que outra pessoa dependia para irrigação ou para sua própria geração de eletricidade. Uma guerra pode ser o resultado.

[d] As abordagens atuais para prevenir o desmatamento parecem, principalmente, estar transferindo o desmatamento de países de alta renda para países de baixa renda. No total, o desmatamento está piorando em vez de melhorar.

Figura 4. Porcentagem da área de floresta da área total, por grupo de renda, com base em dados do Banco Mundial.

A Figura 4 mostra que o desmatamento está piorando rapidamente em países de baixa renda com as políticas de hoje. Também há uma tendência menos pronunciada de desmatamento em países de renda média. É apenas em países de alta renda que as áreas de terra estão se tornando mais florestadas. No total (não mostrado), a área florestal do mundo como um todo cai, ano após ano.

Além disso, mesmo quando o replantio é feito, as novas florestas não têm as mesmas características daquelas feitas por ecossistemas naturais. Eles não podem abrigar tantas espécies diferentes quanto os ecossistemas naturais. É provável que sejam menos resistentes a problemas como infestações de insetos e incêndios florestais. Eles não são verdadeiros substitutos para os ecossistemas florestais que a natureza cria.

[e] A forma como o vento e a energia solar intermitentes foram adicionados à rede elétrica superou amplamente esses fornecedores, em relação ao valor que eles agregam ao sistema. Além disso, os subsídios para energias renováveis intermitentes tendem a expulsar produtores mais estáveis, degradando a condição geral da rede.

Se o vento e solar forem usados, os pagamentos pela eletricidade que eles fornecem precisam ser reduzidos para refletir o valor real que eles agregam ao sistema geral. Em geral, isso corresponde à economia na compra de combustível fóssil que os fornecedores de eletricidade precisam fazer. Será uma pequena quantia, talvez 2 centavos por quilowatt-hora. Mesmo esta pequena quantia, em teoria, pode ser reduzida para refletir os maiores custos de transmissão de eletricidade associados a essas fontes intermitentes.

Observamos que a China está dando um grande passo na direção de reduzir os subsídios à energia eólica e solar. Já cortou drasticamente seus subsídios para energia eólica; novos cortes de subsídios para energia solar entrarão em vigor em 1º de agosto de 2021.

Uma grande preocupação é o impacto distorcido que as abordagens atuais de preços para energia eólica e solar têm no sistema elétrico geral. Freqüentemente, essas abordagens produzem preços de atacado muito baixos ou negativos para outros fornecedores. Os fornecedores nucleares são especialmente prejudicados por tais práticas. A nuclear é, obviamente, uma fornecedora de eletricidade com baixo teor de CO2.
Parece-me que em cada parte do mundo, algum provedor de serviços públicos precisa estar analisando qual deve ser o financiamento geral do sistema elétrico. As contas para pessoas físicas e jurídicas precisam refletir esses custos reais esperados. Essa abordagem pode evitar as taxas artificialmente baixas que o sistema de preços atual costuma gerar. Se o financiamento adequado puder ser alcançado, talvez alguns dos cortes que levam a interrupções elétricas, como os encontrados recentemente na Califórnia e no Texas, possam ser evitados.

[8] Quando vejo os requisitos para uma transição energética bem-sucedida e os obstáculos que enfrentamos, é difícil para mim ver que qualquer uma das abordagens atuais pode ser bem-sucedida.

Infelizmente, é difícil para mim ver como a eletricidade intermitente pode salvar a economia mundial ou até mesmo aliviar nossos problemas. Pesquisamos por muito tempo, mas ainda não encontramos soluções que valham a pena incrementar. Talvez uma nova “abordagem de Nível 4” possa ser útil, mas essas soluções parecem chegar tarde demais.


Original: https://ourfiniteworld.com/2021/06/18/how-energy-transition-models-go-wrong/

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