Lograr la neutralidad climática: un estudio muestra las vías de transformación regional del sistema energético alemán
Un nuevo estudio del Instituto Fraunhofer de Sistemas de energía Solar (ISE) muestra las posibles vías de transformación tecnológica hacia la neutralidad climática en 2045 a nivel estatal en Alemania. Se utilizó el modelo de sistema energético intersectorial "REMod" para cuantificar las vías de desarrollo con costes optimizados para los sectores de la energía, el transporte, la industria y la construcción, incluidas sus infraestructuras necesarias. Se consideraron diversos escenarios posibles. El estudio confirma el papel central de la electrificación en una transformación rentable, pero también el papel complementario del hidrógeno para la industria, el sector del transporte y las centrales eléctricas.
Los resultados indican que es necesaria una importante ampliación de la red para transportar electricidad e hidrógeno desde el norte de Alemania hasta los principales centros de consumo del oeste y el sur del país. En un sistema energético basado en gran medida en las energías renovables, tanto la generación como el consumo de energía deben ser más flexibles.
La transición del sistema energético hacia la neutralidad climática está en plena marcha. Los planes concretos de aplicación a escala regional, por ejemplo para la calefacción urbana municipal, son cada vez más importantes. El nuevo estudio "Caminos hacia un sistema energético neutro para el clima: Los Estados Federados en el Proceso de Transformación" aborda importantes desarrollos actuales, como la evolución de la demanda energética, las incertidumbres geopolíticas y la planificación de infraestructuras para la ampliación de la red eléctrica y la red de hidrógeno. El estudio utiliza optimizaciones resueltas espacialmente para centrarse en la transformación técnica a nivel estatal. Esto ha sido posible añadiendo numerosas ampliaciones al modelo de sistema energético REMod existente, que simula matemáticamente el sistema energético alemán (incluidas las importaciones de energía) para calcular las vías de transformación más favorables. El modelo regionalizado muestra posibles vías para diez regiones de Alemania, teniendo en cuenta la ampliación necesaria de las redes de electricidad e hidrógeno. Las vías de transformación regional resultantes, con costes optimizados, pueden servir ahora de orientación para los procesos de toma de decisiones a nivel estatal.
Cuatro escenarios definitorios
Basándose en la evolución social y política actual, el estudio examina cuatro escenarios como posibles vías hacia la neutralidad climática en 2045. En todos ellos, los objetivos climáticos alemanes, incluida la neutralidad climática, se alcanzan en 2045 y el suministro energético está siempre garantizado en todos los sectores de consumo.
El escenario "Tecnología abierta" describe la trayectoria de transformación optimizada en costes del sistema energético sin tener en cuenta condiciones de contorno adicionales y fijas. Se asume un alto grado de libertad en cuanto a la selección de las tecnologías disponibles.
El escenario "Eficiencia" se basa en objetivos climáticos más estrictos: Para 2045, las emisiones de CO2 deben reducirse en 1.000 millones de toneladas. Al mismo tiempo, se supone posible una expansión más rápida de las instalaciones renovables (sobre todo solares y eólicas). Además, la demanda de energía disminuye debido a una mayor eficiencia y a la caída del consumo (suficiencia).
En el escenario "Persistencia", las tecnologías existentes, como los vehículos con motor de combustión o los sistemas de calefacción basados en combustibles fósiles, se mantienen durante más tiempo. También se retrasa la reconversión de la industria respetuosa con el clima.
En el escenario "Robusto", se tienen en cuenta las incertidumbres geopolíticas y el cambio climático. Por ejemplo, se supone que la disponibilidad de sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento en baterías se reduce por motivos geopolíticos, lo que retrasa la posible expansión en Alemania.
La electrificación directa es fundamental para la descarbonización de todos los sectores
Los resultados del estudio muestran que, cuando es técnicamente posible, la electrificación directa es la opción más rentable para el sistema en su conjunto: Así, las bombas de calor serán la tecnología de calefacción dominante en 2045. Los vehículos eléctricos de batería se utilizarán casi exclusivamente en el transporte privado. El grado de electrificación en la industria aumentará hasta alrededor del 70%. Debido al alto nivel de uso de electricidad en los sectores de consumo, se espera que la demanda de electricidad se duplique en todos los estados federales alemanes en 2045. Además, los estados de Schleswig-Holstein, Baja Sajonia y Mecklemburgo-Pomerania Occidental, ricos en energía eólica, experimentarán el desarrollo de un nuevo e importante consumidor de electricidad en forma de electrólisis doméstica de hidrógeno. Según el escenario, cabe esperar un consumo de electricidad de entre 1.150 y 1.650 TWh en 2045.
El norte de Alemania suministrará un tercio de la energía primaria en 2045 y se convertirá en proveedor de hidrógeno
La energía eólica y la fotovoltaica se revelan como los pilares centrales de la transición energética, por lo que la energía eólica terrestre se expandirá incluso en estados supuestamente poco eólicos. En el escenario de tecnología abierta, la capacidad terrestre instalada en la actualidad se duplicará de aquí a 2030 y alcanzará unos 290 gigavatios en 2045. La capacidad fotovoltaica instalada aumenta hasta 420 GW en 2045.
Para 2045, el estudio muestra que Baja Sajonia, Schleswig-Holstein y Mecklemburgo-Pomerania Occidental suministrarán un tercio de la energía primaria de Alemania debido a su elevado potencial eólico y que las tecnologías de conversión de la electricidad en electricidad experimentarán un gran crecimiento. La electrólisis desempeñará un papel central en el consumo flexible de electricidad, por lo que gran parte de los 65 GW de capacidad de electrólisis previstos se instalarán en el norte. En cambio, en los Estados dominados por la fotovoltaica se instalarán más sistemas de almacenamiento en baterías.
Para una distribución óptima de la energía entre el norte y los estados federados industrialmente fuertes de Renania del Norte-Westfalia, Baden-Wurtemberg y Baviera, la ampliación de la red eléctrica es clave junto con la infraestructura del hidrógeno, especialmente las conexiones norte-sur y noroeste. Se requieren capacidades de almacenamiento de al menos 130 TWh para el hidrógeno, que se necesita sobre todo para procesos a alta temperatura y para el uso de materiales en la industria.
Para compensar las grandes diferencias regionales de generación y demanda, la flexibilización de la demanda de electricidad desempeña un papel importante en todos los escenarios. Las centrales eléctricas flexibles de gas e hidrógeno se utilizan en todos los estados para estabilizar la red. Los vehículos eléctricos y las baterías estacionarias se utilizan como almacenamiento a corto plazo.
La expansión acelerada de la tecnología y la eficiencia energética pueden ahorrar costes de transformación
Los costes diferenciales de la vía abierta de transformación tecnológica en comparación con la simple continuación del sistema energético actual ascienden a una media de unos 52.000 millones de euros al año durante los próximos 25 años. Esto equivale aproximadamente al 1,2% del producto interior bruto actual o, por utilizar otro parámetro de referencia, a la mitad de la facturación de la temporada de compras navideñas de 2023. Los costes medios de evitación de CO2 para los años 2024 a 2045 en este escenario se sitúan justo por debajo de los 220 euros por tonelada de CO2. En el escenario "Eficiencia", los costes de transformación son significativamente inferiores, algo menos de 90 euros por tonelada de CO2, debido a la menor demanda de energía. En cambio, los costes de transformación más elevados, de algo menos de 320 euros por tonelada de CO2, resultan cuando se mantienen las tecnologías convencionales y se retrasa la expansión de las energías renovables, como se describe en el escenario "Persistencia". Estos costes se deben sobre todo a los mayores volúmenes de importación de vectores energéticos sintéticos y al mayor uso de tecnologías de emisiones negativas necesarias para alcanzar los objetivos climáticos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
![Visualización de la catálisis de la [Fe]-hidrogenasa mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear potenciada con parahidrógeno](https://img.chemie.de/Portal/News/675fd46b9b54f_sBuG8s4sS.png?tr=w-712,h-534,cm-extract,x-0,y-16:n-xl)
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
