¿Por qué hay que construir infraestructuras de energía renovable para una economía circular?

El sector de las energías renovables promete aprovechar fuentes de energía ilimitadas, al mismo tiempo que lucha contra la contaminación y el cambio climático. Sin embargo, los materiales necesarios para capturar y almacenar esta energía son finitos. A medida que el sector se amplía, las infraestructuras renovables diseñadas dentro de un sistema lineal de “tomar-hacer-desperdiciar» podrían contribuir a las emisiones de gases de efecto invernadero y a la pérdida de biodiversidad. Para evitar que esta solución se convierta en un problema, la infraestructura de energía renovable debe construirse para una economía circular.

Por: Tansy Robertson-Fall, redactora jefe de la Fundación Ellen MacArthur

“Hay tanta presión y énfasis en conseguir que la revolución verde se lleve a cabo que es casi imposible llegar a esta  pausa y cuestionarse ‘bueno, es verde, pero ¿es tan verde como debería ser en realidad?

Scott Bryant, Coordinador de Economía Circular, Ayuntamiento de Bendigo

Es incuestionable que las energías renovables deben formar parte de la solución al cambio climático. Con el compromiso que muchos países hicieron en la COP26 sobre alcanzar las emisiones netas de carbono para 2050, la infraestructura de energía renovable va a aumentar rápidamente. La nueva capacidad de energía eólica terrestre añadida en 2020 fue el doble de la instalada en 2019 y Estados Unidos, Europa, China y otros países han establecido planes para aumentar las inversiones en energías renovables. Estos planes se han acelerado aún más por la reciente invasión de Rusia en Ucrania, y la presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen, ha declarado: «Cuanto más rápido pasemos a las energías renovables y al hidrógeno, en combinación con una mayor eficiencia energética, más rápido seremos verdaderamente independientes y dominaremos nuestro sistema energético.»

Sin embargo, aunque es vital para alcanzar la ambición de cero emisiones, la industria de las energías renovables no está exenta de desafíos. A principios de 2020, las imágenes de excavadoras enterrando hileras de palas de aerogeneradores desmantelados contra una pintoresca cordillera en Casper, Wyoming, acapararon los titulares. La cobertura dio crédito a los escépticos de las energías renovables que cuestionan las credenciales medioambientales de las actuales tecnologías renovables, y los detractores etiquetaron las turbinas como «energía no tan verde».

Aunque estas críticas no están exentas de sus propias agendas, lo cierto es que a medida que la industria eólica crezca este problema se extenderá -se calcula que habrá 43 millones de toneladas de residuos de palas de aerogeneradores en 2050- y las palas depositadas en Wyoming no serán el único ejemplo de residuos del sector de las energías renovables que se incorporarán al medio ambiente. Se prevé que los residuos de baterías de iones de litio alcancen los 2 millones de toneladas anuales en 2030 y la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) calcula que habrá hasta 78 millones de toneladas de residuos de paneles solares en 2050.

Residuos de paneles solares y palas de aerogeneradores previstos para 2050

En la actualidad, estos residuos son inevitables, resultado de las elecciones de diseño y materiales centradas en dos factores clave: la producción de energía y el coste. Estas decisiones de diseño han permitido a las energías renovables competir con una industria establecida de combustibles fósiles.

La capacidad de un aerogenerador individual se ha duplicado con creces en los últimos 10 años, lo que ha reducido el coste de la energía eólica, mientras que los avances en el diseño de los paneles solares, junto con el apoyo político a la industria, han dado lugar a soluciones solares que son «más rentables que la energía de carbón y gas en muchos países», según la Agencia Internacional de la Energía (AIE). Para los proyectos que se han beneficiado de una financiación de bajo coste y que aprovechan recursos de alta calidad, «la energía solar fotovoltaica es ahora la fuente de electricidad más barata de la historia».

Es una gran noticia para el sector y para los países que quieren reducir sus emisiones de carbono. Pero estas mismas opciones de diseño han hecho que sea difícil y poco económico reutilizar y reciclar los componentes, incluidas las palas de los aerogeneradores fabricadas con compuestos de fibra de vidrio de bajo valor, lo que significa que están destinadas a los vertederos o a las incineradoras.

Como comenta James Barry, director general de Renewable Parts -empresa que desde 2011 se esfuerza por mantener los grandes componentes de acero de los aerogeneradores en uso y fuera de los vertederos-, los esfuerzos por ampliar la infraestructura renovable se han hecho «en cierta medida, a expensas de estudiar cómo la cadena de suministro y toda la tecnología que hay detrás se hace más sostenible y más verde. No somos necesariamente una cadena de suministro verde». Las repercusiones de esto van mucho más allá de los residuos.

La actual cadena de suministro de energías renovables tiene efectos negativos

El sector de las energías renovables es intensivo en materiales. Cada turbina eólica, por ejemplo, se fabrica con grandes cantidades de acero, hierro, fibra de vidrio, cobre y aluminio (entre otros materiales), erigidos sobre una base de hormigón. Las posibles repercusiones negativas de estas necesidades de materiales a medida que la industria se amplía son significativas.

Por ejemplo, un parque eólico marino de 500 megavatios, como el próximo proyecto Sydkustens Vind en el Mar Báltico, que podrá suministrar energía a unos 250.000 hogares suecos. Dado que en 2050 se estima que la capacidad de energía eólica instalada será de 6 millones de megavatios, si la mitad de ella procede de parques marinos, se necesitarán unos 27 millones de toneladas de cobre para construir la infraestructura necesaria.

¿Cuánto cobre se necesitará para la energía eólica marina de aquí a 2050?

El creciente apetito del sector de las energías renovables por los materiales industriales podría enfrentar a la industria con otros sectores de la economía. Se prevé que para 2050 la demanda de materiales como el acero, el cemento, el aluminio y los plásticos podría cuadruplicarse en toda la economía, mientras que las necesidades de minerales (incluidos los metales para las infraestructuras de energías renovables) se quintuplicarán. Esto podría provocar problemas tanto de precios como de suministro. La posible escasez hace prever que los precios subirán y se mantendrán elevados, espoleados por el cambio hacia una economía neutra en carbono. La intensificación de los retos y las limitaciones geopolíticas y medioambientales también podría restringir la disponibilidad, así como interrumpir las cadenas de suministro.

El Laboratorio Nacional de Energías Renovables de EE.UU. (NREL) ha destacado los riesgos asociados al suministro de indio, por ejemplo, un componente clave en las células solares de capa fina de cobre, indio y galio (CIGS). El indio suele obtenerse como subproducto de la producción de zinc y el NREL señala las ventajas de compartir los costes de producción con este producto asociado. Si la demanda de indio aumenta y supera la cantidad disponible como subproducto, el coste de producción del indio también aumentará y la disponibilidad puede ponerse en duda, lo que dificultará el abastecimiento y limitará el crecimiento de la tecnología CIGS.

Además de estos retos, la extracción y producción de materiales y componentes industriales clave tiene un importante impacto medioambiental y social. Sólo la fabricación de cemento produce 2.200 millones de toneladas de CO2 al año, el 8% de las emisiones mundiales de CO2. Mientras tanto, por cada tonelada de cobre extraído, se emite más de una tonelada de CO2e.

Los materiales utilizados en menores cantidades en las tecnologías de energías renovables pueden tener impactos igualmente negativos. El generador de una turbina eólica -la góndola-, por ejemplo, está lleno de metales de tierras raras como el neodimio y el disprosio. Un estudio del MIT estima que un aerogenerador de 2 megavatios contiene algo más de 340 kilogramos de tierras raras. Aunque se trata de una proporción relativamente pequeña del peso del aerogenerador, los procesos utilizados para extraer las tierras raras son perjudiciales para el medio ambiente, ya que se realizan mediante procesos químicos intensivos que contaminan el aire, el suelo y las aguas subterráneas. La extracción de materiales como el litio y el cobalto para las baterías, y el silicio y el zinc para los paneles solares también tiene repercusiones negativas para el medio ambiente.

La extracción de estos materiales amenaza la biodiversidad mundial. Si bien está ampliamente aceptado que la minería tiene consecuencias negativas para el medio ambiente -incluyendo la extinción de especies locales y daños ambientales hasta 20 veces superiores a la superficie arrendada para las propias minas-, estos impactos podrían ser especialmente graves en el caso de los materiales necesarios para las tecnologías de energías renovables. Un artículo publicado en Nature Communications concluye que «las amenazas de la minería a la biodiversidad aumentarán a medida que más minas se dediquen a materiales para la producción de energías renovables y, sin una planificación estratégica, estas nuevas amenazas a la biodiversidad podrían superar las que se evitarían con la mitigación del cambio climático». 

“Tener un coche eléctrico no significa conducir sin impacto. Sigue teniendo un impacto medioambiental considerable».

Roland Geyer, catedrático de Ecología Industrial, Escuela Bren de Ciencias y Gestión Medioambiental, Universidad de California en Santa Bárbara

Tampoco hay que subestimar las implicaciones sociales, sobre todo en los países en desarrollo ricos en recursos, de la extracción de los materiales necesarios para construir tecnologías renovables. El Instituto para un Futuro Sostenible señala «los impactos en la salud de los trabajadores y las comunidades circundantes». En enero de 2021, la Corte Suprema de Chile, el mayor productor mundial de cobre, suspendió las operaciones de la mina de cobre Cerro Colorado tras las quejas de las comunidades indígenas locales sobre el uso del agua del proyecto y la amenaza que supone para los medios de vida y los humedales locales.

Pie de foto: Las comunidades indígenas han cuestionado la extracción de materiales, como el litio, para la transición energética renovable, poniendo de manifiesto los daños de la actividad minera a gran escala. Fuente: Nexus Media, vía The Guardian | Leer el artículo completo

Por lo tanto, el esfuerzo internacional para hacer frente al cambio climático mediante una necesaria transición a las energías renovables no está exento de impactos ambientales y sociales. Sin embargo, la transición a las energías renovables puede diseñarse de tal manera que no sólo aborde el cambio climático, sino que también contribuya a mitigar la pérdida de biodiversidad y ayude a resolver las desigualdades globales.

Abastecimiento de materiales en la economía: un buen punto de partida

Construir el sector de las energías renovables de forma que se minimice la extracción de recursos finitos, se limiten los riesgos empresariales y se reduzcan los impactos negativos sobre el clima, la biodiversidad y la sociedad, requiere utilizar materiales que ya han sido utilizados. Este es uno de los principios básicos de la economía circular.

Grandes cantidades de materiales que podrían reutilizarse se convierten sistemáticamente en residuos. En 2020, sólo en la UE, Noruega, Suiza y el Reino Unido se desecharon cerca de 800.000 toneladas de cobre en forma de baterías, equipos eléctricos y electrónicos y vehículos. Esta es sólo una pequeña proporción del cobre que se estima que no se utiliza y se desperdicia en todo el mundo.

Bajo la ciudad de Norrköping (Suecia), que ocupa menos de 36 kilómetros cuadrados, se calcula que hay 508 toneladas de cobre en viejos cables sin utilizar. Si hubiera cantidades similares de cobre bajo el suelo urbano de toda la Unión Europea, e incluso si sólo la mitad estuviera disponible para su uso, eso supondría más de 3 millones de toneladas de cobre. Eso es suficiente para construir más de 780 parques eólicos marinos del tamaño de Sydkustens Vind y alimentar todos los hogares de la UE.

Posibles existencias de cobre secundario en suelo urbano en Europa

La reutilización de materiales para construir infraestructuras de energía renovable también podría ofrecer una oportunidad financiera para algunas empresas. Las principales compañías petroleras, como Royal Dutch Shell, Total, BP, Eni y Equinor, están invirtiendo en infraestructuras de energía renovable -a medida que aumenta la presión para que se eliminen los combustibles fósiles- y, al mismo tiempo, se preparan para absorber su parte de los costes de desmantelamiento de los combustibles fósiles, que se calcula que ascenderán a 42.000 millones de dólares en 2024. Hay potencial para compensar algunos costes en ambas áreas reutilizando la infraestructura de combustibles fósiles existente para construir tecnologías renovables.

En 2019, Eni instaló su primera turbina de olas (formalmente un convertidor de energía de olas marinas inerciales) que, según afirma, «en el futuro, permitirá a Eni convertir plataformas marinas maduras en centros de generación de energía renovable.» En los casos en los que no es posible la conversión, el desmantelamiento de las plataformas petrolíferas podría permitir disponer de grandes cantidades de acero secundario -solo las plataformas petrolíferas propiedad del Reino Unido tenían más de 4,6 millones de toneladas de acero en 2013- que podrían reciclarse para su uso en monopilotes de turbinas eólicas y soportes de paneles solares.

La creación de un mercado de materiales secundarios requiere la actuación de los responsables políticos, a menudo con la participación de las empresas. Legislación como la directiva RAEE, cuyo objetivo es garantizar que los equipos eléctricos y electrónicos en Europa no se conviertan en residuos, está empezando a alimentar ese mercado y la introducción de flujos de recuperación como éste en todo el mundo podría desempeñar un papel importante en el desarrollo de la infraestructura de energías renovables. La recuperación de materiales de los teléfonos móviles desechados, por ejemplo, podría proporcionar una fuente de metales valiosos, entre ellos el indio, un componente vital de muchos paneles solares. El aprovechamiento de estos materiales existentes -la llamada «minería urbana»- podría reducir considerablemente las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con la extracción y la producción.

Aunque sólo se reciclan 8,5 millones de toneladas de cobre al año, utilizando chatarra de cobre se pueden reducir las emisiones de CO2 en un 65% y los actuales esfuerzos mundiales de reciclaje de cobre reducen las emisiones de CO2 en 40 millones de toneladas al año, lo que equivale a retirar 16 millones de coches de la carretera. Del mismo modo, el uso de acero reciclado, responsable del 50% de la huella de carbono de un aerogenerador, podría reducir las emisiones de CO2 en un 60% aproximadamente en comparación con la producción de acero con materias primas.

Reducción potencial de las emisiones de CO2 por el uso de cobre reciclado

El uso de materiales secundarios también podría evitar la minería extractiva en zonas ricas en biodiversidad, sobre todo en países como Brasil y Australia, que en conjunto albergan más de 1.800 especies endémicas de mamíferos, aves y anfibios, pero que también llevan a cabo extensas operaciones mineras. Para alcanzar el próximo objetivo de biodiversidad -declarado en la reciente COP de Kungming- de «proteger y conservar el 30% de las zonas terrestres y marinas» para 2030, será necesaria esta prevención.

El sector de las energías renovables debe integrar la economía circular en la fase de diseño

While much needed, these urban mining activities are framed by the current take-make-waste paradigm of the linear economy, in which each sector inevitably produces waste. Looking to harvest this waste can act as a short term solution to scale the renewable energy industry but for it to be carbon-neutral long-term, renewable energy infrastructure needs to be designed for a circular economy in which waste and pollution are eliminated, materials are circulated, and nature is regenerated.

This means fundamentally rethinking the architecture of renewable energy infrastructure, the policy mechanisms that inform use-lifetimes and end of use actions, as well as the business models that the industry is built around to avoid the creation of waste and significantly reduce the need for virgin materials needs and the negative climate, biodiversity, and societal impacts of their extraction and processing. The principles of the circular economy offer a future-proofed way of mitigating climate change.