EDITORIAL
TRANSFORMACIÓN ENERGÉTICA, IMPERATIVA PARA LA SUBSISTENCIA HUMANA
Julio de 2022
De acuerdo con la Asociación Colombiana de Generadores de Energía Eléctrica, Acolgen, el país tiene la sexta matriz energética más limpia del mundo. Aproximadamente el 70% de su capacidad instalada proviene de fuentes renovables, casi en su totalidad por generación hidráulica y en un mínimo porcentaje por fuentes no convencionales renovables como la eólica, la solar y la biomasa.
Si bien esta es una buena noticia, la transformación energética debe ser imparable y mostrar resultados más acelerados y contundentes. Colombia se comprometió con la COP21 de París y lo ratificó en la COP26 de Glasgow en reducir en un 51% sus emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) para el año 2030 y alcanzar su neutralidad de carbono para el 2050. Esto, como una estrategia para responder con urgencia a los efectos del cambio climático, y de esta manera mantener el calentamiento global por debajo de 2 grados. No en vano se afirma que este es el mayor reto del siglo XXI a nivel mundial.
Aunque es importante destacar el trabajo que frente al tema se ha venido desarrollando en los últimos años en Colombia y que ha permitido, por ejemplo, aprobar el CONPES de Transición Energética, aún hay enormes desafíos para alcanzar la neutralidad de carbono. Con esta política, el país le apostará a la masificación de las energías renovables no convencionales, entre estas el hidrógeno verde y azul, la consolidación de un sistema de transporte sostenible y el desarrollo de nuevas tecnologías energéticas más limpias. Adicionalmente, se han construido más de 20 granjas solares, dos parques eólicos a gran escala y actualmente circulan alrededor de 8 mil vehículos eléctricos a nivel nacional.
Precisamente, este es el tema que nos convoca en el nuevo especial de revista CONTACTO ‘Energías limpias y transformación energética’, donde invitamos a expertos en el tema como Álvaro Pinilla, profesor titular del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes, quien nos comparte una hoja de ruta para que Colombia pueda convertirse en una potencia de energías renovables en la región.
También conversamos con Álvaro Torres, consultor, empresario y profesor titular retirado de Uniandes, quien nos presenta los seis retos inmediatos que tiene el país para consolidar una producción de energías limpias y renovables, a través de una transición sostenible.
Reunimos además las perspectivas de cuatro profesores uniandinos para evaluar el real potencial que tiene el hidrógeno verde y por qué podría considerarse como el boom de las energías limpias.
De la mano de ingenieros eléctricos, industriales y mecánicos, analizamos el rol del gas natural y la confiabilidad de la infraestructura para su suministro y las microrredes y las fuentes no convencionales renovables de energía como la biomasa en los mercados de la electricidad. Además, investigadores de Ingeniería Química descubren el potencial que tienen nuevos materiales como las perovskitas en la masificación de la energía fotovoltaica.
En nuestra sección de ‘En el radar’ conoceremos el proyecto liderado por Miguel Ángel Cabrera, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, a través del portafolio de Ecología Histórica y Memoria Social, EHMS, que busca crear dispensadores de energía a partir de la planta del bejuco como estrategia para la mitigación del riesgo de procesos de remoción en masa (PRM) en zonas volcánicas habitadas.
En esta oportunidad, nuestro Labtour nos llevará a recorrer el nuevo laboratorio de Neurogenética del Departamento de Ingeniería Biomédica, en donde investigadores de distintas disciplinas analizan el comportamiento y la evolución cerebral a partir de peces.
Además, conoceremos el proyecto ‘Guache’, un licor destilado de panela aromatizado con productos autóctonos colombianos con el que estudiantes del Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos fueron destacados en la pasada feria ExpoAndes.
Para finalizar, no dejen de leer la historia de dos de nuestros egresados: Sandra Hinestroza, la chocoana que lidera Hewlett Packard Colombia y la primera mujer en ocupar este cargo en el país y Nicolás Acero, el primer latino en dirigir el área de Business Intelligence de la multinacional alemana Infineon Technologies.
Esperamos que disfruten este nuevo especial de CONTACTO que nos da luces para entender la importancia y los desafíos de alcanzar una transformación energética que impacte y aporte a la mitigación de la actual emergencia climática. Alcanzar la meta es una responsabilidad colectiva de gobernantes, académicos, empresarios y ciudadanos, pues en todos recaerá la subsistencia de la vida en el planeta.
Seguimos en CONTACTO.
ÁLVARO ENRIQUE PINILLA
“SI SE HACE BIEN, COLOMBIA PODRÍA CONVERTIRSE EN UNA POTENCIA DE ENERGÍAS RENOVABLES EN LATINOAMÉRICA”
Julio de 2022
El profesor titular del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes habló con CONTACTO sobre el actual panorama de las energías renovables en Colombia y los desafíos que tiene esta industria para que el país alcance una eficiente transformación energética.
CONTACTO: ¿Cómo está Colombia en materia de producción y uso de energías limpias?
Álvaro Enrique Pinilla (Á.E.P.): Hoy cerca del 70% de la energía eléctrica del país se produce a partir del agua, a través de las hidroeléctricas, es decir es una energía verde. En este sentido Colombia está muy bien calificada. Sin embargo, es importante tener en cuenta que esta deja de ser verde si no existe una política pública que restrinja la deforestación, que cuide las cuencas hidrográficas, los páramos y los ríos, lo que generaría que este recurso deje de ser renovable.
El otro 30% de la energía eléctrica proviene, en su mayoría, de la quema de combustibles fósiles, sin embargo, ya desde hace algunos años el país ha empezado a promover el uso de otras fuentes limpias como la eólica, la geotérmica y la solar, entre otras, para ampliar su matriz energética, y en las que el país tiene un gran potencial, además porque hoy la generación con renovables es un negocio financieramente atractivo.
CONTACTO: ¿Cuáles son los principales proyectos de energías limpias que se han desarrollado o que se vienen trabajando en el país?
(Á.E.P.): Desde el gobierno del presidente Santos y durante el de Duque se ha promovido el uso de nuevas fuentes de energía, entre estas, con mucha fuerza, la eólica. De hecho, hace pocas semanas se inauguró en La Guajira el parque eólico más grande del país (Parque Guajira 1 – de Isagen) y se tiene previsto que se instalen unos seis más, con un nivel de potencia tal que puede complementar la producción de energía en un poco más del 10%, lo que es bastante importante. Adicionalmente, conllevarán inversiones que alcanzan los 2.000 millones de dólares, en los próximos años.
Esto lo están haciendo empresas como Enel – Chile, EDPR – Portugal y Jemeiwa Kai, lo que nos permitirá ver, en el corto plazo, aerogeneradores (comúnmente conocidos como molinos de viento) por todo lado en La Guajira, lo que hace necesario que se inicie la exploración de su instalación en el mar (fuera de Costa), un trabajo en el que Colombia ha logrado cosechar la experiencia de otras partes del mundo y que le permitió construir una hoja de ruta para hacer este despliegue.
Si esto se hace bien, Colombia podría convertirse en una potencia de energías renovables en Latinoamérica y podría suministrar energía a países como Venezuela, República Dominicana y Haití, entre otras naciones del Caribe.
En este escenario, uno de los principales retos sería promover el desarrollo industrial para fabricar parte de estos equipos eólicos en el país.
“Colombia podría convertirse en una potencia de energías renovables en Latinoamérica y podría suministrar energía a países como Venezuela, República Dominicana y Haití, entre otras naciones del Caribe”.
CONTACTO: Actualmente se habla del hidrógeno renovable o verde como una muy buena alternativa para la transición a energías limpias. ¿Cuál es su real potencial?
(Á.E.P.): Si bien el hidrógeno es una fuente de energía limpia pues no emite gases efecto invernadero en su combustión, su masificación tiene varios desafíos; por un lado, no es tan fácil de producir ya que no se halla de forma aislada en la naturaleza, se requiere separar la molécula del agua (H2O) en oxígeno e hidrógeno por medio de la electricidad, lo que se conoce como electrólisis, además, pese a que su fuente natural es el agua, la electricidad con la que se produce puede venir, en algunos casos, de fuentes contaminantes, por lo que dejaría de ser completamente limpia.
Adicionalmente, si llegara a escasear el agua correría el riesgo de ser una fuente no renovable. De todos modos, el hidrógeno ya hace parte de esas energías alternativas. En Colombia, por ejemplo, Ecopetrol y Promigas han decidido instalar plantas comerciales para su producción, sin embargo, aprender de este nuevo recurso nos va a tardar algunos años.
Se espera que su mayor uso esté destinado al transporte de carga y aéreo, pues los vehículos particulares irán migrando a la movilidad con energía eléctrica.
CONTACTO: ¿Cuál es la diferencia entre el hidrógeno verde, azul y gris?
(Á.E.P.): Aunque no soy experto en este tema, como ya lo expliqué, el hidrógeno verde se produce a partir de la electrólisis del agua, separación de la molécula H2O. Allí se obtiene 100% hidrógeno y se considera como una energía limpia. Por su parte, el azul se mezcla con combustibles fósiles, principalmente de gas natural. El gris o negro también se produce a partir de combustibles fósiles sin ningún proceso que evite emisiones contaminantes.
CONTACTO: En medio del crecimiento de las energías renovables y la transición energética ¿qué sucederá con proyectos como el fracturamiento hidráulico?
(Á.E.P.): Lo primero que hay que decir es que la dependencia del petróleo no se acabará de la noche a la mañana, por ejemplo, el tránsito del parque automotor a vehículos eléctricos va a tardar varios años, así que por un buen tiempo seguiremos usando combustibles fósiles. Aquí son importantes estas tecnologías como el fracturamiento, que si se hace bien no debería generar problemas ambientales. Por esta razón, es necesario adelantar proyectos piloto como los que está tratando de implementar Ecopetrol, esto porque Colombia tiene, en los Llanos Orientales, muchos yacimientos de gas de esquisto (un hidrocarburo no convencional que se halla atrapado en rocas a gran profundidad) que requiere de esta tecnología para su extracción. Ahí hay una posibilidad de producir petróleo y gas e incrementar las reservas del país. De hecho, Ecopetrol hace fracturamiento en la costa de Texas, Estados Unidos.
El tema es que si dejamos de explorar, en muy pocos años no vamos a tener petróleo ni gas y tendremos que empezar a importarlo, lo que incrementaría el precio de los combustibles.
CONTACTO: ¿Es viable que Colombia cumpla con los compromisos de disminuir sus emisiones de gases de efecto invernadero en un 51% al 2030, con la meta de ser totalmente neutro en el 2050?
(Á.E.P.): Sin lugar a duda, los compromisos adquiridos por Colombia en el marco de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero, GEI, promueven que estas fuentes de energía renovable tengan una mayor penetración en la canasta energética del país. Sin embargo, ser carbono neutro para 2050 va a ser difícil porque producimos GEI en muchas de las actividades que realizamos y de las que dependemos. Por ejemplo, la producción de ganado y arroz, entre otras, generan metano, que es mucho más contaminante que el CO2. Así que lo que puede ocurrir es que sigamos generando carbono, pero se puede compensar con iniciativas como la compra de bonos verdes, como lo hacen países desarrollados como Japón y algunos europeos.
CONTACTO: ¿Qué viene para el futuro?, ¿cuál es la hoja ruta para continuar potenciando esta industria y ampliando el aporte de las energías limpias en el total de la matriz energética?
(Á.E.P.): En este momento vamos por el camino correcto, uno quisiera ver más celeridad en el proceso, pero aún tenemos problemas de flujo de caja, de hacernos más atractivos para los inversionistas extranjeros. Debemos impulsar mayores desarrollos frente al tema, utilizar la inteligencia artificial, la robótica, aprovechar, por ejemplo, el potencial que tenemos en materiales como fibras naturales para producir insumos y maquinaria para este sector y no solo para abastecer el mercado local, sino pensar también en el internacional, un desarrollo con el que se podría reemplazar, por ejemplo, el uso de la fibra de vidrio que no es reciclable, etc. Necesitamos más recursos y talento humano para hacer este tipo de investigaciones.
Tenemos que continuar aprovechando todos estos recursos renovables y alternativos que tiene Colombia para alcanzar la complementariedad energética entre recursos hidroeléctricos, eólicos, solares, geotérmicos y de biomasa, además de buscar la independencia energética con fuentes de energía indígenas locales.
CONTACTO: ¿Cómo aporta la academia al logro de esos aportes y por qué el ingeniero mecánico uniandino está formado para hacerlo?
(Á.E.P.): Este es un tema que debe empezar desde los primeros años, en la infancia, de generar conciencia ambiental. Desde la academia, nuestro compromiso es formar profesionales que tengan la capacidad de movilizar esta industria y de hacer investigación que la potencie. En nuestra universidad se ve una importante actividad académica en estos temas, en la cual se están involucrando profesores e investigadores de todas las facultades, sin distingo. Es interesante que nuestros estudiantes estén expuestos a las visiones de profesores de diferentes disciplinas, con diversos enfoques.
“Debemos impulsar mayores desarrollos frente al tema, utilizar la inteligencia artificial, la robótica, aprovechar, por ejemplo, el potencial que tenemos en materiales como fibras naturales para producir insumos y maquinaria para este sector”.
Seis retos de la industria de energías renovables en Colombia
Álvaro Torres | Consultor, empresario y profesor titular retirado de la Universidad
de los Andes. | alvaro.torres@electryonpower.com
Julio de 2022
Si bien Colombia ha avanzado en establecer los lineamientos, las hojas de rutas y las metas para el desarrollo del sector energético, con miras a lograr una transición sostenible, dentro de la cual las energías no convencionales son protagonistas, todavía hay desafíos y barreras por superar.
Para conocer cuáles son estos retos que aún tiene el país, invitamos a Álvaro Torres, quien fue profesor de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de los Andes por más de 35 años y que por más de 5 años ha trabajado en el sector de las energías renovables a través de su empresa, Electryon Power Inc., en la que ha originado y desarrollado proyectos por un poco más de 500 megavatios de energía solar y que también trabaja en iniciativas de producción de hidrógeno verde.
“Conozco lo que está pasando porque he vivido las dificultades que hay cuando se empieza a desarrollar un sector como este en el país. Yo creo que el gobierno ha hecho un buen trabajo en los temas de promoción y regulación de las energías renovables. Con la ley de Transición Energética se establecieron unas bases muy importantes. Sin embargo, hay muchos temas y retos que todavía se necesitan resolver y que puedo resumir en seis, principalmente”, manifestó Torres.
1.Mejorar y acelerar la regulación ambiental. Un reto importante es mejorar y acelerar la expedición de la regulación ambiental para la realización de estos proyectos, ya que lo relacionado con el ambiente es el principal motivador de las energías limpias para reducir la huella de carbono y, por lo tanto, los retos ambientales son los primeros que habría que vencer.
“La regulación debe mejorarse o perfeccionarse para estar acorde con las tecnologías renovables. Hoy en día se manejan términos de referencia que no tienen en cuenta las características específicas de cada tecnología y, por lo tanto, se generan sobrecostos en el desarrollo de proyectos y trámites adicionales innecesarios. Por ejemplo, para iniciativas de energía solar hay requerimientos que tienen que ver con emisiones de ruido y de gases, que no existen en estos proyectos, pero que vuelven más lento y complicado hacer un estudio ambiental.
Por otro lado, se debe avanzar en la regulación ambiental para la producción de hidrógeno verde. El gobierno estableció una hoja de ruta para este recurso, y es entendible que todavía no haya una regulación ambiental, porque es un área bastante incipiente. Sin embargo, ya hay empresas como nosotros que estamos iniciando proyectos en producción de hidrógeno tanto para el mercado nacional como el mercado internacional”, aseguró el empresario.
2.Los cambios regulatorios. Para el ingeniero, el segundo reto del sector desde el punto de vista empresarial, es estar muy atento al tipo de regulación y a la oportunidad de una nueva regulación en cada momento. Aunque, afirma, que los cambios regulatorios son normales y necesarios en la transición energética, que va más rápido de lo que se pensaba, algunos han causado traumatismos y demoras.
“Por ejemplo, la resolución de la Comisión de Regulación de Energía y Gas (Creg) 075 de 2021 implementó unos cambios importantes y necesarios, pero no tuvo en cuenta bien los tiempos y las obligaciones de todos los agentes del mercado, lo cual implica que la entrada de proyectos nuevos que se pensaban implementar este año, se va a demorar por lo menos seis o doce meses”, añadió.
Sin embargo, destacó que uno de los beneficios de esta resolución fue darle más seriedad al mercado y quitarle especulación, al limpiar del sistema alrededor de 4.500 megavatios que estaban siendo ocupados por desarrolladores que tenían la conexión, pero no la capacidad para desarrollar los proyectos correspondientes, con lo que se desaprovechó la oportunidad para que otros desarrolladores, con mayores recursos y capacidad, implementaran iniciativas viables.
3.Aumentar la capacidad del sistema eléctrico. Colombia tiene como reto, especialmente, planificar el sistema eléctrico y reorientar sus objetivos. Esta es una necesidad, ya que en la actualidad el sistema eléctrico tiene algunas limitaciones como, por ejemplo, la infraestructura de líneas de transmisión en La Guajira para los proyectos de energía eólica.
“La mayoría de las plantas de viento están situadas en La Guajira, donde no hay líneas de transmisión, porque nunca hubo una demanda para llevarlas allá. Por lo tanto, la gran cantidad de generación eólica está represada allí y no se ha podido iniciar”, explicó.
Según Torres, nuestro sistema eléctrico estuvo planificado principalmente para las centrales térmicas y las hidráulicas, pero en el caso de las centrales solares, que se pueden ubicar en cualquier parte del país, tienen menos posibilidad de conectarse al sistema, “porque este no estuvo planificado para este tipo de generación más distribuida, se debe trabajar en ampliar la infraestructura”, añadió.
4. Seguridad jurídica y procedimientos. Otro de los retos destacados por el profesor tiene que ver con la necesidad de que el sector cuente con seguridad jurídica. “Todos necesitamos procedimientos y tiempos muy claros con las entidades que dan los permisos ambientales y de construcción, y con todos los demás actores del gobierno, para que se den las cosas entre los tiempos establecidos en la ley y que todo funcione armónicamente. A veces las corporaciones, sobre todo regionales, se toman más tiempo y eso dificulta, entorpece y encarece el desarrollo de los proyectos y, por lo tanto, al final, encarece los servicios”, aseguró.
Añadió además que se debe tener una mejor comunicación entre las distintas entidades públicas que participan en el desarrollo del sector: Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA), Unidad de Planeación Minero Energética (Upme), Comisión de Regulación de Energía y Gas (Creg), Corporaciones Autónomas Regionales (CAR).
5.Las compras de la energía y créditos de los bancos. La forma de hacer las compras de energía y el entendimiento de los bancos sobre los términos de los créditos debe ajustarse: “Un proyecto de energía limpia no se puede hacer sin créditos por lo menos a 10 años o a 15 años y necesitamos que las compras de energía que hagan las electrificadoras correspondan con esos tiempos porque todo el mundo estaba acostumbrado a comprar energía por 2 o 3 años, pero eso era cuando era hidráulico y esto ahora tiene que ir cambiando”, enfatizó.
6.Fortalecimiento institucional. Por último, el país tiene el desafío de fortalecer sus instituciones para aumentar las capacidades de todo el sistema y responder a la dinámica del sector. Esto significa robustecer al ministerio de Minas y Energía, la Unidad de Planeación Minero-energética (Upme), la Comisión de Regulación de Energía y Gas (Creg) para que puedan ser más ágiles y atender a los cambios tecnológicos.
Gas natural, protagonista en el mercado de la electricidad
Paulo De Oliveira-De Jesús | Profesor asistente del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Ph. D. en Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación por la Universidad de Oporto. | pm.deoliveiradejes@uniandes.edu.co
Julio de 2022
Desde hace más de 50 años el gas natural se ha utilizado para producir electricidad. Hoy, este combustible fósil es considerado como una fuente imprescindible para la transición energética.
De acuerdo con XM, administradora del mercado de energía mayorista, la matriz de generación de Colombia reportó en abril de 2022 que el 86,27% de la energía producida provino de recursos renovables y el 13,73% restante, de recursos no renovables. Dentro de los no renovables (combustibles fósiles), el más usado fue el gas con un 81.55%, equivalente a 23.29 GWh-día promedio y en segundo lugar, el carbón con un 17.62%, equivalente a 5.03 GWh-día promedio.
El protagonismo del gas natural en el mercado de la electricidad se puede sustentar, principalmente, en dos razones: la primera es que dentro de los combustibles fósiles es el menos contaminante, desde el punto de vista de las emisiones; y la segunda, es su papel fundamental para garantizar la continuidad en el suministro del servicio.
En el primer aspecto, Paulo De Oliveira, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de los Andes, investigador en temas técnicos, económicos y regulatorios de sistemas energéticos, recalca: “el gas no debe considerarse energía limpia por cuanto su combustión libera emisiones de dióxido de carbono. Pero sí es el más limpio de los combustibles fósiles, ya que con la ayuda de la tecnología sus emisiones asociadas son menores a las de otros combustibles como el carbón y el diésel. Puede ser 70% menos emisor que el carbón y ese es un punto a favor”.
De ahí que en la coyuntura actual de transición a fuentes de energía más limpias, para combatir el cambio climático y cumplir con las metas de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, el gas natural siga siendo atractivo porque permite avanzar gradualmente hacia la descarbonización de la economía.
Al respecto, el profesor De Oliveira anota que “en la manera en que se produce la electricidad, las turbinas a reacción (las mismas que usan los grandes aviones) pueden quemar gas para producir electricidad de forma muy eficiente y con menos emisiones en comparación con otras tecnologías como, por ejemplo, las basadas en calderas y turbinas a vapor. Es decir, la cantidad de gramos de CO2 por cada kWh producido en una central térmica a gas es muchísimo más limpia que una central térmica que funcione con carbón”.
En el segundo aspecto, que se refiere a la continuidad en el servicio, se debe tener en cuenta que no existe una única fuente que pueda cubrir toda la demanda energética, por lo que se requieren múltiples fuentes, entre ellas el gas natural. “Este se emplea de forma constante en las centrales térmicas y lo necesitamos porque muchas veces se requiere que una central tenga producción permanente, que no sea intermitente y eso es fundamental para garantizar la continuidad del servicio”, explicó De Oliveira.
Justamente, una de las barreras para la masificación de las tecnologías más amigables con el ambiente, porque no producen emisiones, es que estas son intermitentes, esto quiere decir que dependen de la disponibilidad del recurso. Por ejemplo, en el caso de energías limpias como la eólica, si no hay suficiente viento en un momento dado, no se puede cubrir la demanda. Frente a este punto, el profesor señala que “en el mercado compiten todas las tecnologías con sus respectivos combustibles. Las centrales térmicas no son intermitentes, uno las prende y le dan la potencia necesaria para cubrir una demanda. En cambio, los grandes parques solares y eólicos son intermitentes: producen una energía muy barata, pero no disponible cuando uno la necesita, por lo tanto, son un complemento, realmente. Eso hace que, en algunos sistemas eléctricos, el gas natural sea imprescindible para garantizar la seguridad del suministro”.
“El gas no debe considerarse energía limpia por cuanto su combustión libera emisiones de dióxido de carbono. Pero sí es el más limpio de los combustibles fósiles, ya que con la ayuda de la tecnología sus emisiones asociadas son menores a las de otros combustibles como el carbón y el diésel. Puede ser 70% menos emisor que el carbón y ese es un punto a favor”: Paulo De Oliveira-De Jesús.
Contar con el recurso del gas natural resulta estratégico si se tiene en cuenta que lo esperado es que haya un crecimiento económico en Colombia y, por ende, aumente la demanda de energía eléctrica por parte del aparato productivo. Si no es gas, las otras opciones que existen para satisfacer las necesidades de energía eléctrica son mucho más contaminantes. “Por eso, hay que aprovechar el gas existente en el país, incluso del país vecino, para poder comprarlo a través de gasoductos, que es más barato y así poder apalancar el crecimiento económico en Colombia”.
Según los análisis de la Unidad de Planeación Minero-energética (Upme), en el periodo proyectado 2021-2035, la tasa de crecimiento anual de la demanda de energía eléctrica se ubicará entre el 2,28% y el 2,68%; y entre el 0,74% y 1,60%, para el gas natural.
Sin embargo, Colombia se debate si explota o no sus reservas de gas no convencional, pues esto significa realizar la fracturación hidráulica (fracking) en el país. “Las reservas de gas natural libre en Colombia son escasas y difíciles de descubrir, se encuentran a mucha profundidad en la Costa Caribe colombiana. No obstante, el país dispone de reservas de gas no convencional. De renunciar a la explotación de yacimientos no convencionales, la salida sería comprar el gas licuado a través de barcos metaneros y plantas de regasificación lo que conlleva pagar un precio alto por el combustible en los mercados internacionales”.
“Por eso, hay que aprovechar el gas existente en el país, incluso del país vecino, para poder comprarlo a través de gasoductos, que es más barato y así poder apalancar el crecimiento económico en Colombia”: Paulo De Oliveira-De Jesús.
En el largo plazo, el gas natural irá perdiendo importancia en la medida en que surjan nuevas tecnologías más limpias y menos intermitentes, mientras tanto se contempla como parte de la ecuación para combatir el cambio climático.
Las microrredes, una solución para cerrar las brechas de acceso a la electricidad
Guillermo Jiménez | Director del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica | Ph.D. en
Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile (Chile). | ga.jimeneze@uniandes.edu.co
Julio de 2022
Uno de los temas pendientes en Colombia es que todas las personas cuenten con energía eléctrica las 24 horas del día, pues en la actualidad hay aproximadamente medio millón de viviendas que no tienen acceso al servicio o solo cuentan con este durante algunas horas del día. Ante esta problemática, las microrredes se presentan como una alternativa para energizar a la población desconectada. Sin embargo, aún persisten barreras que deben superarse para poder reducir esta cifra a cero.
Aumentar la cobertura del servicio de electricidad es, sin duda, una de las tareas pendientes en Colombia. Mientras que departamentos como Vichada y Vaupés cuentan con coberturas por debajo del 50%, otros como Cundinamarca, San Andrés y Providencia, el Eje Cafetero y Bogotá superan el 99%, según la Unidad de Planeación Minero-energética (Upme).
Ante este panorama, las microrredes se plantean como una solución disponible y viable para llevar luz a las Zonas No Interconectadas a la red eléctrica nacional. “Las microrredes son pequeños sistemas de suministro de energía que funcionan en aplicaciones a escala urbana y rural, e integran diferentes recursos energéticos distribuidos como las fuentes de energía solar, el biogás y sistemas de almacenamiento de energía . Estos recursos se deben coordinar adecuadamente para que operen de una manera armónica, eficiente y segura”, explicó Guillermo Jiménez, director del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de los Andes, quien además ha trabajado durante 14 años en la implementación de estos sistemas y actualmente realiza modelos de planeación de energización rural a base de estas soluciones.
Como atributo, las microrredes tienen la facilidad de poder operar conectadas o aisladas de la red eléctrica. Su uso disminuye la dependencia de la red al poder contar con una producción y consumo de energía con recursos energéticos propios. “Se puede armar una microrred con la ambición de que en algún momento pueda operar solamente a partir de sus recursos energéticos y disponer de suficiente autonomía energética ante diferentes
eventos”, anotó Jiménez.
“Las microrredes son pequeños sistemas de suministro de energía que funcionan en aplicaciones a escala urbana y rural”: Guillermo Jiménez.
De acuerdo con la publicación Transición energética: un legado para el presente y el futuro de Colombia, del Ministerio de Minas y Energía (2021), la Upme determinó que para 2018, la cobertura del servicio de energía en las viviendas del territorio nacional era de 96,5%. Esto significa que medio millón de familias no tienen luz, suponiendo que son tres personas por hogar, aproximadamente, un millón y medio de colombianos no tienen acceso a la electricidad de manera continua y confiable, evidenciando una condición de pobreza energética. Es por eso que uno de los objetivos más importantes dentro de la Misión de Transición Energética es cerrar esta brecha. “La transición energética ha facilitado que las
nuevas tecnologías sirvan para dar respuestas distintas a la de la conexión tradicional al Sistema Interconectado Nacional (SIN)”, expone el documento.
El profesor Jiménez comenta que las primeras aplicaciones de microrredes, que se han venido haciendo no solamente aquí en Colombia, sino en Latinoamérica, han sido en función de atender las necesidades de las zonas no interconectadas, a diferencia de otras regiones del mundo donde se han enfocado en aplicaciones de suministro de emergencia, uso en instalaciones de defensa, entre otros.
“Estamos migrando de soluciones basadas únicamente en generación de diésel, con todos los problemas que trae consigo este sistema, en términos de cadena de suministro, de costos de operación y mantenimiento, y de emisiones, etcétera, a proponer un sistema de suministro de energía seguro, confiable y eficiente que disminuye la dependencia del combustible en las zonas rurales de Colombia. Si queremos aprovechar todos esos
recursos energéticos que están distribuidos en el territorio, la microrred es la herramienta tecnológica más adecuada para hacer uso de todo este potencial , de tal manera que podamos disminuir la vulnerabilidad del sistema incrementando su resiliencia y disponer de la oportunidad de dar suministro a quienes no tienen acceso a la electricidad ”, enfatizó.
Los desafíos por superar
En el Plan Nacional de Desarrollo, el gobierno del presidente Iván Duque se propuso como meta ampliar la cobertura del suministro de energía eléctrica en 100 mil nuevos hogares (cerca de medio millón de personas) y para cumplir con este objetivo se contemplan las microrredes, entre otras alternativas.
Al indagar sobre las barreras o dificultades que se deben superar para lograr la electrificación en las Zonas No Interconectadas a través de las microrredes, el profesor Jiménez considera, desde el punto de vista técnico, que falta avanzar más en la estandarización e integración de diferentes tecnologías. Igualmente, en materia económica, señala que todavía ve alguna dificultad en los costos de inversión asociados pues “hay que invertir en nueva tecnología, módulos solares, baterías, pequeñas turbinas eólicas, sistemas de monitoreo y medición, entre otras cosas”. Y agrega que “en la medida en que sigamos evolucionando, las tecnologías van a ser más asequibles y más competitivas”.
Resalta también que un tema importante es el regulatorio, ya que se debe “ir aclarando y definiendo, de buena manera, cómo establecer modelos de negocios y esquemas regulatorios ad hoc para este tipo de soluciones”.
Por último, asegura que se debe determinar cuál es el esquema de gestión local más apropiado para el despliegue de la microrred y que esta pueda operar adecuadamente. “El gran inconveniente que hay para hacerla masiva y definitiva en las áreas rurales es que puedan ser sostenibles en el tiempo, porque ahí llega una empresa o un equipo de ingenieros e instalan algún sistema, pero luego se retiran y después ¿qué pasa con eso?”.
“Hay que invertir en nueva tecnología, módulos solares, baterías, pequeñas turbinas eólicas, sistemas de monitoreo y medición, entre otras cosas”: Guillermo Jiménez.
Frente a este desafío, afirma que no solo basta con llevar el sistema a las zonas remotas del país, sino que también es necesaria la formación de capital humano, el involucramiento y participación activa de las comunidades locales y el monitoreo y supervisión remota de la solución tecnológica, entre otros. “Todo eso nos toca empezar a trabajarlo y a resolverlo. De lo contrario, estamos expuestos a la dificultad de siempre: funciona al inicio, pero después, como queda prácticamente en manos de las comunidades locales a las que no se les consideró desde un inicio y tampoco se les orientó en términos de gestión de la solución tecnológica, cuando aparece el primer inconveniente, no saben qué hacer. Si no lo
logramos resolver en el corto plazo, será muy difícil que podamos aspirar a que las microrredes se posicionen de manera definitiva como la estrategia para resolver el problema de acceso a la electricidad en las zonas no interconectadas de Colombia”, concluyó.
HIDRÓGENO VERDE: EL BOOM DE UNA ENERGÍA LIMPIA
Rocío Sierra Ramírez | Profesora Asociada del Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos, Universidad de los Andes. | Ph.D. de la Universidad de Texas A&M | rsierra@uniandes.edu.co | Michael Bressan | Profesor Asistente del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad de los Andes. | PhD en Ingeniería Eléctrica, Electrónica e Informática Industrial aplicada en la gestión de energías renovables de la Universidad de Perpiñán (Francia) | m.bressan@uniandes.edu.co | Guillermo Jiménez | Director del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad de los Andes. | Ph.D. en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile | ga.jimeneze@uniandes.edu.co | César Luis Barco | Ingeniero Eléctrico de la Universidad de los Andes | Máster en Ciencias Económicas | con Certificación Ejecutiva en Estrategia e Innovación de la Escuela de Negocios SLOAN del Massachusetts Institute of Technology (MIT). | Profesor de EDCO – Facultad de Ingeniería de Uniandes, en Gerencia de Proyectos y Energías Renovables. | cesarl.barco@uniandes.edu.co.
Julio de 2022
Aunque es una tecnología vieja, la primera celda fue inventada por Sir William Grove en 1838, la crisis climática y el Acuerdo de París, firmado en 2015 por los países miembros de Naciones Unidas para frenar el calentamiento global, la han popularizado e impulsado como la mejor opción para sustituir a los tradicionales combustibles fósiles, responsables de las emisiones contaminantes. Invitamos a cuatro expertos para conocer detalles sobre este tema.
Preguntas
- ¿Qué es el hidrógeno verde? ¿Por qué es importante?
- ¿Colombia puede ser líder en la producción de hidrógeno verde?
- ¿Colombia puede ser líder en la producción de hidrógeno verde?
Rocío Sierra Ramírez
- El hidrógeno es una de las moléculas más abundantes en el planeta y en el universo. Sin embargo, no se encuentra disponible en la naturaleza como hidrógeno puro gaseoso de manera natural. Por ello, hay que extraerlo de las fuentes en donde se encuentra, que normalmente son agua, otros gases como metano y otros compuestos químicos.
Dependiendo de la forma como se logre extraer el hidrógeno, este se identifica con un código de colores. Es así como puede hablarse del hidrógeno verde si se obtiene usando para su producción exclusivamente fuentes de energía renovables, hidrógeno rosa si se obtiene con energía nuclear, hidrógeno turquesa si se obtiene por pirólisis dejando el carbono en estado sólido, hidrógeno azul si se obtiene por reformado de metano en un proceso donde se apliquen estrategias de secuestro de uso y/o secuestro de carbono e hidrógeno gris si no se aplican este tipo de estrategias
- El hidrógeno además de contaminar mucho menos que otros combustibles es una excelente alternativa para el almacenamiento de energía y por tanto resulta atractivo en aplicaciones de movilidad especialmente en transporte de carga mediana o pesada, o en industrias que son grandes demandantes de energía como la siderúrgica — que utiliza muchísimo carbón—.
Por otra parte, la producción local de hidrógeno verde nos permitiría no depender de importaciones de fertilizantes. El hidrógeno juega un papel fundamental en el cumplimiento de los objetivos de desarrollo sostenible, ya que, sin los aportes de este vector energético, no será posible lograr la acelerada descarbonización en la que estamos comprometidos.
- Absolutamente que sí. Nosotros tenemos una hoja de ruta que promueve el hidrógeno verde a partir de fuentes como la biomasa y ahí tenemos muchísima capacidad de utilización, dado que en todas nuestras actividades agrícolas e, incluso, las domésticas tenemos los residuos, una materia prima muy importante para poner a disposición de la tecnología del hidrógeno cumpliendo un doble propósito: el hacer un uso y colocación adecuada de estos desechos que ya estaban contaminando y podernos convertir en una fuente de energía que no es contaminante, entonces el potencial es amplísimo.
El desafío es la inversión de capital, que es significativa, tanto para las estaciones de vehículos de hidrógeno como para los parques eólicos y de energía solar fotovoltáica. Entonces nos tocaría hacer desarrollos pensando, particularmente, en biomasa y pues eso no es gratis.
Michael Bressan
- El hidrógeno verde se produce a partir de fuentes no convencionales de energía renovable como la biomasa, la energía eólica y la fotovoltaica. Se consigue sin emitir CO2 en su generación y producción. Por lo tanto, puede jugar un papel importante en la descarbonización del sector energético. Además, es uno de los principales energéticos que se puede usar en transporte aéreo y marítimo en industrias y puede ser un insumo para producir fertilizantes.
- El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica, es ligero, limpio y seguro. Ofrece un gran potencial para reducir las emisiones de CO2 porque no emite gases de efecto invernadero durante la combustión. Puede almacenarse como gas a presión y como líquido o distribuirse mediante gasoductos, por lo que se considera que puede reemplazar al gas natural a mediano-largo plazo.
- Colombia tiene el potencial para producir el hidrógeno verde debido a su ubicación geográfica (cerca del Ecuador) y los diferentes proyectos eólicos y solares que se están desarrollando en el país. Por ejemplo, La Guajira es una región que tiene una riqueza en recursos meteorológicos impresionante que puede impulsar a través de proyectos de fuentes de energía no convencionales la economía local y nacional.
Guillermo Jiménez
- Es un elemento que no se encuentra puro en la naturaleza y siempre lo tenemos que fabricar. El verde es aquel que se logra producir sin emisiones y, además, la fuente energética que se utiliza para su producción es en sí misma de cero emisiones. En este caso, lo que más se habla es de producción de hidrógeno a partir de energía solar o energía eólica. Es importante porque tiene un potencial, una densidad energética bastante significativa y pues eso permite bastantes aplicaciones y por su rol de portador energético puede atender nuevos desafíos y generar nuevos productos en el sector energético.
- Tiene una densidad energética bastante alta en términos de peso, energía por unidad de peso, que es mucho mayor que en los combustibles que hemos venido usando históricamente como la gasolina, diesel, petróleo, carbón, gas, etcétera. Al tener esta potencialidad y poderlo transformar, podemos usarlo en múltiples aplicaciones: en refinerías, en la industria de los fertilizantes, en el transporte. Ha habido un par de grandes avances tecnológicos, tanto en la pila combustible como en el electrolizador, y también, por ejemplo, se puede utilizar hidrógeno para producir gases sintéticos. Si es exitoso, puede considerarse como un sustituto o como elemento clave para transitar y disminuir la dependencia de la estrategia extractiva y, así mismo, diversificar las fuentes energéticas del país, no solo para nuestro consumo, sino también para poder ofrecer productos asociados a otros mercados.
- Es una respuesta difícil. Nosotros tenemos la potencialidad para ser bastante competitivos en la producción de hidrógeno verde a nivel mundial, pero de todas maneras todavía queda bastante por hacer y por desarrollar para que encontremos bien el nicho y el espacio para producir hidrógeno verde en buenas cantidades y de manera competitiva y eso ¿qué significa? pues identificar de buena manera una fuente energética propia, económica, colombiana que nos permita producir energía eléctrica a buen precio y ver cómo van evolucionando los electrolizadores en términos de costos, de inversión y eficiencia para producir la molécula del hidrógeno a un costo bastante competitivo. Si no hacemos hidrógeno competitivo, pues muy seguramente vamos a tener problemas para competir con otros países que están haciendo apuestas similares como Chile, que está apuntando a producir el kilogramo de hidrógeno del orden entre 1.5 y 1.6 dólares el kilogramo al 2030 y el plan de Colombia dice que a 1.7 dólares.
César Luis Barco
- Es el que se produce a partir de energías renovables, por ejemplo, a través del proceso denominado electrólisis en el cual se utiliza el agua como materia prima. Es muy importante porque no genera emisiones de CO2 a la atmósfera. También hay que hablar, en el otro extremo de colores, del hidrógeno gris, que es el que se produce de fuentes fósiles como gas natural o el carbón y sí emite dióxido de carbono. Por eso, el verde es el más preciado y se espera que para el futuro ayude en la lucha contra el cambio climático.
- No solo es atractivo porque no emite CO2 a la atmósfera, entonces no aumenta la temperatura de la tierra, sino también porque es versátil: se puede almacenar y transportar. Es decir, yo puedo tomar el hidrógeno y almacenarlo con unas condiciones especiales, en tanques, para utilizarlo posteriormente o puedo convertirlo en algunos derivados líquidos (como metanol o amoniaco) y almacenarlo en forma líquida. De esta manera, se puede transportar, ya sea por tierra, por gasoductos e, incluso, por vía marítima. Por esta razón, se le denomina un vector energético, porque es mucho más que solo productor de energía, tiene esas otras condiciones que son importantes en la logística. Adicionalmente, es muy poderoso como combustible: tiene un poder calórico tres veces mayor que el diésel o la gasolina, dos y media veces más que el metano, que a su vez es el principal componente del gas natural.
- Hay una ruta del hidrógeno, que se lanzó el año pasado, en la cual el gobierno colombiano está incentivando que se desarrolle el hidrógeno en toda su cadena de valor en el país. ¿Cómo debe o puede funcionar para que se logren los objetivos? Lo primero es decir que el país tiene los recursos naturales para producir energías renovables como la solar y la eólica, en particular, en el Caribe colombiano, y que sumados a su posición geográfica, hace que seamos privilegiados para producir y exportar hidrógeno. No obstante, esto no depende sólo de que haya unos lineamientos, unos objetivos gubernamentales, esto dependerá de que haya un gran impulso: la academia, los centros de investigación, y la empresa privada junto al gobierno, con todos los lineamientos e incentivos. Si no, no va a ser posible que logremos esa meta de ser un líder en producción de hidrógeno. Mientras tanto lo que tenemos son buenas ideas e intenciones, pero la realidad la tenemos que construir entre todos estos actores claves.
Energía a partir de plantas, una alternativa para lugares donde no hay ni sol ni viento
Gerardo Gordillo | Profesor Asociado | Departamento de Ingeniería Mecánica |
g.gordillo43@uniandes.edu.co
Julio de 2022
Además de la energía solar y la eólica, Colombia, por su vocación agrícola, tiene potencial para el desarrollo de energía a partir de la biomasa de plantas. Este tipo de energía renovable proviene del aprovechamiento de la materia orgánica (plantas, animales, etc.). Por ejemplo, con el bagazo que resulta de la caña, la cascarilla café, el tamo de arroz se puede hacer biomasa. Otros tipos son el biogás y el biodiesel.
“Incentivar el aprovechamiento y uso de la biomasa” es una de las ideas que contempla el Plan Energético Nacional – Colombia: Ideario Energético 2050, elaborado en 2015, en el que se plantea un mayor desarrollo rural, para aumentar la participación de la biomasa en la matriz energética nacional. Esta Fuente No Convencionales de Energía Renovable (FNCER) requiere para su desarrollo inversiones en tecnología, costos de transporte y transformación. Resulta importante teniendo en cuenta que puede contribuir a reducir los impactos ambientales ocasionados por los combustibles fósiles, a la vez que permite un aprovechamiento de los desechos orgánicos (economía circular).
En la actualidad, de acuerdo con XM, operador del Sistema Interconectado Nacional– SIN – y administrador del Mercado de Energía Mayorista de Colombia, del total de 6,238.79 GWh de energía generada en abril de este año 2022, el 86,27% fue producto de recursos renovables y el 13,73% de los no renovables.
Después de la energía hidráulica, con un 98,29%, el tipo de recurso natural con mayor contribución fue la biomasa con 1,03% por encima de la solar y eólica con 0,61% y 0,07%, respectivamente. Por tipo de fuente, las plantas hidráulicas con embalses, con el 85,5%, fueron las de mayor aporte a la generación, seguido de las plantas de filo de agua, con el 12,80% y, en tercer lugar, se ubica el bagazo, con el 1,02%, superando a la fuentes fotovoltaica, eólica y biogás, con 0,61%, 0,07% y 0,01%, respectivamente.
“La biomasa se puede volver biocombustible por dos vías: una que es biológica, por ejemplo a través de la fermentación y descomposición; y otra que tiene que ver en los procesos térmicos, es decir, quemándola ya sea por regasificación o por pirólisis. Uno con esas biomasas puede hacer biocombustibles gaseosos, líquidos y sólidos”, explicó Gerardo Gordillo, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes.
¿Cuál de estas dos alternativas es más viable en Colombia? Según el docente, la respuesta es que ambas lo son y la clave es buscar dónde es más conveniente desarrollar una o la otra. “Por ejemplo, uno no puede montar energía solar en la Amazonia porque allá no hay casi sol y energía eólica tampoco, para este último toca buscar el viento en La Guajira. Entonces uno no puede casarse con una, porque en Colombia existen lugares donde no hay ni eólica ni sol, pero sí hay biomasa”, destaca el investigador y añade que un ejemplo típico en el país es producir biomasa a partir de la caña de azúcar. “Los ingenios co-generan energía eléctrica primero con el bagazo y después, el calor remanente lo usan para su
proceso industrial”.
Según el documento Estadísticas de Capacidad Renovable 2022 de la Agencia Internacional de Energía Renovable (Irena, por sus siglas en inglés) en la categoría de biocombustibles sólidos y residuos renovables, Colombia aumentó su capacidad al pasar de 182 u megavatios en 2012 a 387 e en 2021. La publicación aclara que “la letra “u” acompaña a cifras que se han obtenido a partir de fuentes no oficiales, tales como asociaciones industriales y artículos de noticias. La letra “e” acompaña a números que han sido estimados por Irena a partir de diversas fuentes de datos”.
Las anteriores cifras revelan que en los últimos años la capacidad de producción de este tipo de energías en Colombia viene incrementando.
Sin embargo, hay factores determinantes para que sea posible un mayor desarrollo: inversiones en tecnología, costo de transporte y transformación. Expertos en el tema señalan que en el caso de la biomasa los análisis de costos pueden ser más variables que los de energía solar y eólica.
La investigación Adopción de Biomasa como Energía Renovable No Convencional en el Mercado Eléctrico Colombiano, de la Maestría en Economía Aplicada de la Escuela de Economía y Finanzas Universidad EAFIT, señala que una relación positiva costo-beneficio depende de la disponibilidad de la materia prima (biomasa) procesada durante todo el tiempo productivo, ya que esta puede variar según la temporada del año, afectando el resultado de costos respecto a la generación. “Para abordar este problema, una solución es realizar mayores inversiones en tecnologías, que permitan el procesamiento de diversos tipos de biomasa de acuerdo a la disponibilidad de la zona o de la temporada del año”, expone la investigación.
A manera de conclusión, el trabajo anota que es necesario profundizar los resultados de los estudios de la disponibilidad de biomasas “en cuanto a los volúmenes técnicos que pueden estar disponibles para el uso energético, toda vez que se puede llegar a sobreestimar el real potencial de este recurso”.
“En Colombia existen lugares donde no hay ni eólica ni sol, pero sí hay biomasa”: Gerardo Gordillo.
Retamo espinoso, una posible alternativa
En 2019, un grupo de investigadores integrado por el profesor Gordillo, por Giacomo Barbieri, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes y Alejandro Núñez Moreno, ingeniero mecánico de la misma institución, realizaron un primer estudio de viabilidad para la producción de biocombustible sólido a partir de la planta Ulex Europaeus.
La Ulex Europaeus, conocida también como retamo espinoso, es una de las 100 plantas invasoras más dañinas del planeta, y su especie representa una amenaza para los ecosistemas nativos colombianos de las zonas rurales de Cundinamarca y Boyacá. Frente a esta problemática, el estudio buscaba analizar la viabilidad de volver el retamo espinoso en cultivo energético.
El estudio planteaba la obtención del combustible sólido a través de dos productos: la planta molida con diferentes porcentajes de tronco/follaje y briquetas. De acuerdo con el documento, el primer producto podría ser útil para consumo industrial, mientras que el segundo podría usarse para uso doméstico.
Entre los resultados obtenidos durante la investigación se pudo establecer que el biocombustible producido a partir de retamo espinoso tiene un poder calorífico comparable con el del carbón (75% del carbón), un alto porcentaje de material volátil (83.3%), y bajo contenido de ceniza y azufre (1.41% y 0.51% respectivamente).
Las conclusiones de la investigación señalan que el retamo espinoso tendría el potencial para ser considerada como una fuente de energía alternativa. “Podría volverse un cultivo energético enfocado en generación de calor casero o inclusive industrial”, señala el estudio.
Sin embargo, aclara que es necesario llevar a cabo un nuevo estudio más profundo antes de hacer una declaración definitiva sobre la posibilidad de convertir un problema ambiental en una oportunidad energética de gran valor agregado.
Modelo para evaluar nueva infraestructura de suministro de gas
Sergio Cabrales | Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad de los Andes. | Doctor en Administración de Empresas, con énfasis en Finanzas, Universidad de los Andes | Magíster en Ingeniería Industrial e Ingeniero Industrial de la misma universidad. |cabrales.sa@uniandes.edu.co
Julio de 2022
Colombia debe ampliar su infraestructura de suministro de gas natural para aumentar la confiabilidad y garantizar la seguridad de abastecimiento. Ante esta
necesidad, un grupo de investigadores de la Universidad de los Andes desarrolló un modelo probabilístico de costo-beneficio para evaluar nuevos proyectos.
La infraestructura de suministro de gas natural que tiene Colombia no será suficiente para atender la demanda a futuro. Según el reporte de Proyección de Demanda de Energéticos (2021), de la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), la demanda de gas natural en el corto plazo (próximos 2 años) estaría en el rango de 506 y 562 Giga BTU por día, lo que implicaría un crecimiento del 5,72% frente al 2020.
Con el incremento previsto en la demanda se infiere que el país necesita de nuevas instalaciones y fuentes de suministro. Actualmente hay alrededor de casi siete mil kilómetros de gasoductos en el territorio nacional que cuentan con tuberías en buen estado. Sin embargo, se requiere mejorar la infraestructura para aumentar la confiabilidad y garantizar la seguridad de abastecimiento del servicio, dos pilares
fundamentales para el sector energético.
Por un lado, la confiabilidad consiste en mantener el servicio sin interrupciones y en caso de que se presente una falla en el sistema, contar con la infraestructura suficiente a través de la cual se pueda seguir prestando el servicio, mientras que se resuelven los problemas que ocasionaron el daño.
Un sistema de gas natural incluye las fuentes de suministro (producción o importación), el transporte, almacenamiento y distribución. De acuerdo con Sergio Cabrales, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Industrial de la Universidad de los Andes, quedarse sin gas tiene un costo social elevado, ya que se ven afectadas las industrias, la movilidad –con los vehículos a gas parados–, y, por supuesto, los hogares. “Por eso, necesitamos evaluar nueva infraestructura para aumentar la confiabilidad del sistema y la seguridad del abastecimiento. En el caso
de que haya una falla, debe existir redundancia o almacenamiento para poder suplir ininterrumpidamente la demanda de gas natural”, anotó.
Actualmente hay alrededor de casi siete mil kilómetros de gasoductos en el territorio nacional que cuentan con tuberías en buen estado. Sin embargo, se requiere mejorar la infraestructura para aumentar la confiabilidad y garantizar la seguridad de abastecimiento del servicio, dos pilares fundamentales para el sector energético.
Ante esta necesidad, un grupo de investigadores de la Universidad de los Andes desarrolló un modelo probabilístico de costo-beneficio para evaluar nuevos proyectos.
El modelamiento estocástico para evaluar la confiabilidad de la infraestructura en el suministro de gas natural fue elaborado por los investigadores: Sergio Cabrales, Carlos Valencia, Carlos Ramírez y Andrés Ramírez, del Centro para la Optimización y Probabilidad Aplicada (COPA) del Departamento de Ingeniería Industrial; Juan Herrera del Departamento de Ingeniería Mecánica; Ángela Cadena del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.
El modelo desarrollado resulta interesante porque incorpora la incertidumbre de los componentes de los sistemas de gas natural. Es decir, tiene en cuenta las fallas que pueden ocurrir debido a la ruptura de un tubo por derrumbe, la ocurrencia de un daño por corrosión o incidentes por interferencia humana externa. En este punto también se tiene en cuenta la topografía colombiana debido a que las cordilleras hacen que sea más complejo el tema a diferencia del resto del mundo.
“En Estados Unidos el principal problema es la corrosión de las tuberías. Acá tenemos dos fuentes adicionales que pueden generar problemas así el sistema: la primera es la afectación del sistema debido a temblores o deslizamientos de tierra y la segunda, son las afectaciones ocasionadas por terceros, los cuales están correlacionados positivamente con los índices de homicidios de los municipios que atraviesa el gasoducto”, explicó Cabrales.
Para garantizar la confiabilidad, una de las alternativas más comunes es el almacenamiento. Por ejemplo, en el caso del servicio de agua, tener un tanque lleno de reserva sirve para no quedarse sin el líquido mientras se arregla el daño. Sin embargo, en Colombia todavía no hay almacenamiento de gas natural. “Esa es una de las grandes fallas y una tarea pendiente. Se pueden utilizar pozos de petróleo abandonados o cavernas de sal para tal propósito”, subrayó el ingeniero.
“Necesitamos evaluar nueva infraestructura para aumentar la confiabilidad del sistema y garantizar la seguridad del abastecimiento”: Sergio Cabrales.
Balance entre la oferta y demanda
Otro aspecto fundamental en el sector de gas natural es la seguridad de abastecimiento, la cual significa tener gas suficiente para suplir la demanda en el mediano y largo plazo.
Cabrales enfatiza en que Colombia tiene menos de ocho años de reservas de gas natural, y que será necesario importar gas licuado (LNG), para lo cual también se necesitará tener más infraestructura de regasificación. “Nuestro estudio se centra en cómo evaluar los proyectos que se deberían construir y adelantar en el país. Sirve para evaluar la infraestructura que tenga un mayor beneficio frente a su costo”.
Para estimar los beneficios de la nueva infraestructura del sistema de gas, se requiere estimar la reducción de los costos de suministrar gas a Colombia: el costo de la molécula, es decir, del gas; el costo del transporte y, por último, el costo de racionamiento (cuando no hay gas), que es lo que se debe evitar. De esta manera, el análisis estocástico de costo-beneficio para evaluar la confiabilidad del suministro
de gas en Colombia es una herramienta que ayuda a la toma de decisiones, e incluso, da elementos para hacer una comparación entre proyectos.
“Normalmente, las decisiones se toman de manera estándar sin contemplar temas como las fallas: que las tuberías se rompen, que los campos necesitan mantenimiento, y por eso, a veces paran. Todo eso hay que contemplarlo y para ello generamos miles de escenarios que nos permiten tener al final un resultado mucho más robusto para la toma de decisiones”, concluyó.
Las perovskitas, el futuro en proyectos de energía solar
Pablo Ortiz Herrera, Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos, Universidad de los Andes. | Doctor por la Universidad de Navarra |portiz | @uniandes.edu.co.
Investigadores uniandinos trabajan desde hace seis años en el estudio de las perovskitas, un nuevo material que cuenta con gran potencial para su uso en paneles solares gracias a su capacidad de absorción de la radiación y que contribuiría a masificar la energía fotovoltaica.
Julio de 2022
Con el Acuerdo de París, en 2015, por primera vez en la historia de la humanidad todas las naciones se comprometieron a tomar medidas contra el cambio climático, y se estableció una meta global: mantener el aumento de la temperatura por debajo de los 2°C y hacer el mayor esfuerzo para que no sobrepase los 1.5°C. Para el cumplimiento de este propósito es fundamental incrementar la producción y consumo de energías renovables como la solar, de tal manera que se facilite la transición energética y la descarbonización de la economía.
Ya estamos cerca del 2030, año para el cual el mundo ha fijado acciones para dar cumplimiento a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), como el relacionado con energía asequible y no contaminante, en donde el impulso a las fuentes solares será clave en la reducción de emisiones de CO 2, así como para llegar a lugares apartados en donde se carece de este servicio. Esto, porque las energías renovables, por obtenerse de fuentes naturales inagotables, como la solar, no contribuyen al calentamiento global.
Y es que la transición hacia una energía más limpia hace eco en el mundo. Un informe de RatedPower muestra que 2022 será un año para el impulso de las energías renovables, entre ellas la energía solar. De acuerdo con el documento, se estima que este año el sector solar, a nivel mundial, alcanzará la capacidad de 200 GW, superando el récord de 127 GW de 2021.
Adicionalmente, y de acuerdo con la Agencia Internacional de Energía, IEA, por sus siglas en inglés, la generación de energía a partir de fuentes renovables crecerá un 50% en los próximos cinco años, especialmente por la instalación de paneles fotovoltaicos que representarán el 60% de este incremento frente al 25% que registrarán los sistemas eólicos.
Este avance de la energía solar ha incentivado también la investigación sobre nuevos materiales que faciliten su masificación. Entre estos se encuentran las perovskitas, una familia de compuestos con una estructura particular, que cuentan con gran potencial para su uso en paneles solares gracias a su capacidad de absorción de la radiación. Adicionalmente su flexibilidad y bajo peso, al depositarse en capas delgadas, y la posibilidad de sintetizarlas con bajos costos e impactos ambientales cuando se comparan con las tecnologías basadas en silicio, las hacen
muy atractivas.
El estudio de las perovskitas es, precisamente, la línea de investigación de Pablo Ortiz Herrera, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos y María Teresa Cortés del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes, quienes llevan seis años generando conocimiento científico en beneficio de mejorar el desempeño de dispositivos basados en estos materiales.
“Las perovskitas cuentan con una gran capacidad para absorber la radiación solar y generar energía eléctrica de forma muy eficiente. En solo 12 años de investigación a nivel mundial se han alcanzado valores de conversión superiores al 25%. Actualmente, sin embargo, su tiempo de vida está alrededor de solo año y medio, muy bajo en comparación al del silicio, el material tradicional con el que se fabrican los paneles solares y que tiene una durabilidad que supera los 20 años. Ese es el gran reto, incrementar la estabilidad de las celdas basadas en perovskitas para
permitir su comercialización y masificación”, sostuvo Ortiz.
De acuerdo con el profesor, aunque el uso de los perovskitas en paneles solares aún está en fase de investigación en laboratorio, esto no resta importancia frente a un futuro prometedor del uso de este material.
“Es una gran apuesta de la comunidad científica internacional, que hoy trabaja en el mejoramiento de algunos aspectos que limitan su uso, en temas como la sensibilidad frente al oxígeno y a la humedad, lo cual es una desventaja frente al silicio. Por otra parte, actualmente muchas de las perovskitas investigadas contienen plomo y su sustitución será necesaria para evitar los impactos en la fase de fin de vida del producto”, añadió el profesor.
“La cantidad de energía que irradia el sol sobre el planeta, de forma aprovechable con la tecnología actual, es aproximadamente 2 mil veces más de la energía total que consumimos. Sin embargo, de ese total, sólo un 3% proviene de paneles solares”: Pablo Ortiz.
El potencial colombiano
Aunque en el futuro próximo no se vislumbra en Colombia una producción de este material a gran escala, debido principalmente a que el país no cuenta con la infraestructura tecnológica necesaria, si debe estar preparado para hacer transferencia de las nuevas tecnologías en energía solar que permitan implementarlas de una manera adecuada y sostenible.
“Esta es una investigación experimental, cuyo impacto puede ser de mediano o largo plazo. De lo que estamos seguros es que contribuirá al desarrollo de las energías renovables. Así mismo, cada vez será más importante que a la par con el desarrollo de tecnologías para un mejor aprovechamiento de la energía solar, se avance también en educación con respecto a nuevas alternativas en energía y soluciones energéticas”, añadió el profesor.
“Colombia por su posición geográfica y climatología es un país que puede aprovechar aún más la energía solar y generar electricidad en comunidades en la Orinoquia y la Amazonia, La Guajira, entre otras. En estas regiones los altos niveles
de radiación favorecen el empleo de paneles solares, contribuyendo a su vez con la reducción en el uso de combustibles fósiles pero sobre todo brindando conectividad, seguridad y autonomía a la población”: Pablo Ortiz.“
Esta importante investigación se viene desarrollando con el apoyo de estudiantes de postdoctorado, doctorado, maestría y pregrado de los departamentos de Ingeniería Química y Química de la universidad. Además, ya se han producido publicaciones importantes, de las cuales se destacan: Electrodeposited PEDOT:PSS-Al2O3 Improves the Steady-State Efficiency of Inverted Perovskite Solar Cells y NaCl doped electrochemical PEDOT:PSS layers for inverted perovskite solar cells with enhanced stability.
Colombia, en términos de emisiones por energía eléctrica generada, contamina menos que otros lugares del mundo puesto que más del 65% de su matriz proviene de hidroeléctricas y el 35% restante de energías basadas en gas y carbón principalmente. Sin embargo, hemos retrocedido ya que para contrarrestar la variabilidad climática incrementamos en las últimas décadas el porcentaje en el uso de combustibles fósiles.
[1] Pronósticos y tendencias clave en la industria renovable mundial y de energía
solar en 2022 (marzo 2022). Obtenido de: https://www.solarinfo.es/
UNIANDES AVANZA EN PROYECTO PARA CREAR DISIPADORES DE ENERGÍA CON BEJUCO
Miguel Ángel Cabrera, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de Los Andes. | Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Geotecnia, Universidad de los Andes. | Doctor por la Universität für Bodenkultur de Viena, Austria. | cabrera140@uniandes.edu.co
Julio de 2022
El equipo de trabajo del portafolio de Ecología Histórica y Memoria Social (EHMS) de la Universidad de los Andes, adelanta un proyecto piloto con comunidades campesinas andinas que habitan en cercanías al complejo volcánico Doña Juana – Cascabel en Nariño, con el objetivo de identificar estrategias, materiales locales y saberes tradicionales para la mitigación del riesgo de procesos de remoción de masa (PRM) en zonas volcánicas habitadas.
Desde 2018, un grupo de profesores de la Universidad de Los Andes y de la Universidad Nacional se unió para conformar un equipo interdisciplinario llamado portafolio de Ecología Histórica y Memoria Social, EHMS. Este equipo desarrolla investigaciones en donde el conocimiento científico se articula con el de las comunidades, buscando generar impactos positivos en los territorios y las familias que habitan en zonas rurales y en convivencia con PRM como deslizamientos, avalanchas e inundaciones.
El portafolio EHMS, liderado por la Vicerrectoría de Investigación y Creación de la Universidad de Los Andes, está integrado por docentes de las facultades de Educación, Ingeniería, Ciencias Sociales, Ciencias, y Arquitectura y Diseño de la institución y de la Escuela de Geociencias de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín.
Este equipo de trabajo transdisciplinario ha concentrado sus esfuerzos en un proyecto prometedor con el que se busca generar alternativas para la mitigación del impacto causado por los PRM, conocidos también como avenidas torrenciales.
Actualmente, la investigación se realiza en el Cerro Montoso, zona aledaña al Parque Nacional Natural Complejo Volcánico Doña Juana – Cascabel, en el que se encuentran los volcanes Doña Juana, Ánimas y Petacas, en el macizo colombiano, entre Nariño, Cauca y Putumayo, y que hace parte del Sistema Nacional de Áreas Protegidas-Sinap.
Este proyecto, liderado por Miguel Ángel Cabrera, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Los Andes, es financiado por MinCiencias, con recursos provenientes del fondo nacional Francisco José de Caldas (No. 164-2019).
De acuerdo con Cabrera, entre los logros más representativos del trabajo adelantado por el EHMS está la articulación generada con la comunidad, que ha sido clave en la identificación de las áreas más propensas a los PRM, los materiales locales y los saberes tradicionales con los que podrían trabajar para adelantar las estrategias que contribuyeran a mejorar la convivencia con el territorio.
“Los esfuerzos conjuntos hicieron que se identificara y se utilizara el bejuco, materia prima fundamental para la elaboración de canastos, en la fabricación de disipadores de energía, que son parecidos a los gaviones, y los cuales están orientados a proteger la base de los taludes inestables, y controlar la erosión causada por el agua en el cauce de ríos y quebradas. Su configuración es muy simple, los disipadores buscan reducir la velocidad del agua, sirviendo de obstáculo permeable y resistiendo el impacto por peso propio”, agregó el profesor.
Señaló además que al ponerse en marcha el proyecto, se invitó a participar a toda la comunidad de la zona y los investigadores asistieron a talleres de tejido hasta identificar, en conjunto con los maestros de este arte, el patrón de tejido, la forma del disipador y las técnicas idóneas para manipular el bejuco.
“Los esfuerzos conjuntos hicieron que se identificara y se utilizara el bejuco, materia prima fundamental para la elaboración de canastos, en la fabricación de disipadores de energía”: Miguel Ángel Cabrera.
Los disipadores se instalaron en Las Mesas, un corregimiento del municipio de El Tablón de Gómez, ubicado cerca al volcán Doña Juana. Esta tarea se llevó a cabo en asocio con Parques Nacionales Naturales de Colombia. Según Cabrera, como parte del proyecto, se han realizado dos repeticiones en el diseño del sistema de disipadores.
“En la primera etapa, julio de 2021, se tejieron tres disipadores cilíndricos, de aproximadamente un metro de alto y un metro de diámetro. Estos disipadores se instalaron en la playa de la quebrada Humadal y se rellenaron con piedras grandes. Acompañando a este sistema, se evaluaron alternativas de revegetalización como sacos y bombas de semillas, que buscan funcionar en conjunto con los disipadores para controlar la erosión de las laderas. No obstante, en octubre siguiente y debido a las fuertes lluvias, los disipadores y medidas de revegetalización fueron arrastrados por el agua, implicando altas fuerzas de impacto. Aún así, los disipadores mantuvieron su forma, validando la resistencia del bejuco para la conformación de este tipo de estructuras”, añadió el profesor.
Cabrera explicó que en la segunda etapa, marzo de 2022, se optimizó el diseño, aumentando el diámetro de los canastos y fijándolos al suelo, con un sistema de anclajes en su base. “Las medidas de revegetalización utilizan una serie de canaletas en cestería”, sostuvo.
A la fecha, la segunda etapa del proyecto se encuentra en sitio y ha resistido los impactos de la reciente temporada invernal.
La investigación no para
La interacción entre el agua y los canastos es adelantada en los laboratorios de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de los Andes. Esta investigación complementaria busca entender bajo qué condiciones se mueven los canastos frente a corrientes fuertes de agua. Este estudio se realiza con el apoyo de la ingeniera Laura Cote, estudiante de maestría en Ingeniería Civil con énfasis en Geotecnia en Los Andes y que está siendo orientada en el marco del proyecto por el equipo EHMS.
De acuerdo con el profesor Cabrera, entre los avances de esta nueva investigación, se ha logrado la simplificación del canasto en 2D, realizando un montaje especial de chorros de agua y análisis de imágenes con videos de cámara de alta velocidad que permiten evaluar el impacto del agua al entrar al disipador, el instante en que se inicia su movimiento, y las fuerzas detrás de esta interacción. “Este trabajo brindó argumentos para redimensionar los disipadores implementados en la segunda etapa y permitió una co-creación entre la comunidad y el equipo de investigadores”, añadió.
En diciembre de este año, se conocerán los resultados finales de la investigación, con el objeto de encontrar el mejor prototipo de disipador y seguir trabajando en el diseño de iniciativas que, en articulación con las comunidades en las que se implementarán, se pongan en marcha para probar su desarrollo y resiliencia.
El EMS promueve y articula procesos de análisis, diseminación y aplicación transdisciplinaria de conocimientos producidos por las ciencias naturales, ambientales y sociales, en colaboración y diálogo con grupos y comunidades locales.
Conoce más sobre el EHMS.
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