energía renovable

La energía renovable se entiende generalmente como la energía aprovechada de fenómenos naturales que ocurren de forma continua. La Agencia Internacional de Energía la define como "energía derivada de procesos naturales que se reponen a un ritmo mayor del que se consumen". La energía solar , la energía eólica , la energía hidroeléctrica , la energía geotérmica y la biomasa son consideradas por muchos como los principales tipos de energía renovable. ^{[ 24 ]} La energía renovable suele sustituir a los combustibles convencionales en cuatro áreas: generación de electricidad , agua caliente / calefacción , transporte y servicios energéticos rurales (fuera de la red). ^{[ 25 ]}

Aunque casi todas las formas de energía renovable generan muchas menos emisiones de carbono que los combustibles fósiles, el término no es sinónimo de energía baja en carbono . Algunas fuentes de energía no renovables, como la energía nuclear , generan casi cero emisiones, mientras que algunas fuentes de energía renovable pueden ser muy intensivas en carbono, como la quema de biomasa si no se compensa con la plantación de nuevas plantas. ^{[ 12 ]} La energía renovable también se distingue de la energía sostenible , un concepto más abstracto que busca agrupar las fuentes de energía en función de su impacto permanente general en las futuras generaciones humanas. Por ejemplo, la biomasa suele asociarse con la deforestación insostenible . ^{[ 26 ]}

Como parte del esfuerzo global para limitar el cambio climático , la mayoría de los países se han comprometido a lograr cero emisiones netas de gases de efecto invernadero . ^{[ 27 ]} En la práctica, esto significa eliminar gradualmente los combustibles fósiles y reemplazarlos con fuentes de energía de bajas emisiones. ^{[ 12 ]} Este proceso tan necesario, denominado "sustituciones bajas en carbono" ^{[ 28 ]} en contraste con otros procesos de transición, incluidas las adiciones de energía, debe acelerarse varias veces para mitigar con éxito el cambio climático. ^{[ 28 ]} En la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 2023 , alrededor de tres cuartas partes de los países del mundo establecieron el objetivo de triplicar la capacidad de energía renovable para 2030. ^{[ 29 ]} La Unión Europea tiene como objetivo generar el 40% de su electricidad a partir de energías renovables para el mismo año. ^{[ 30 ]}

La energía renovable está distribuida de manera más uniforme en todo el mundo que los combustibles fósiles, que se concentran en un número limitado de países. ^{[ 31 ]} Además, aporta beneficios para la salud al reducir la contaminación atmosférica causada por la quema de combustibles fósiles. Se estima que el ahorro potencial mundial en costos de atención médica asciende a billones de dólares anuales. ^{[ 32 ]}

Las dos formas más importantes de energía renovable, la solar y la eólica, son fuentes de energía intermitentes : no están disponibles de forma constante, lo que resulta en factores de capacidad más bajos . En cambio, las centrales eléctricas de combustibles fósiles , las centrales nucleares y las hidroeléctricas suelen producir con precisión la cantidad de energía que requiere una red eléctrica en un momento dado. La energía solar solo se puede captar durante el día, e idealmente en condiciones despejadas. La generación de energía eólica puede variar significativamente no solo de un día a otro, sino incluso de un mes a otro. ^{[ 33 ]} Esto supone un reto a la hora de abandonar los combustibles fósiles: la demanda de energía a menudo será mayor o menor que la que pueden proporcionar las energías renovables. ^{[ 34 ]}

A medio plazo, esta variabilidad puede requerir mantener algunas centrales eléctricas de gas u otra generación gestionable en reserva ^{[ 35 ] [ 36 ]} hasta que haya suficiente almacenamiento de energía, respuesta a la demanda , mejora de la red o energía de carga base procedente de fuentes no intermitentes. A largo plazo, el almacenamiento de energía es una forma importante de abordar la intermitencia. ^{[ 37 ]} El uso de fuentes de energía renovables diversificadas y redes inteligentes también puede ayudar a equilibrar la oferta y la demanda. ^{[ 38 ]}

El acoplamiento sectorial del sector de generación de energía con otros sectores puede aumentar la flexibilidad: por ejemplo, el sector del transporte puede acoplarse mediante la carga de vehículos eléctricos y el envío de electricidad desde el vehículo a la red . ^{[ 39 ]} De manera similar, el sector industrial puede acoplarse mediante hidrógeno producido por electrólisis, ^{[ 40 ]} y el sector de la construcción mediante el almacenamiento de energía térmica para calefacción y refrigeración de espacios. ^{[ 41 ]}

Construir capacidad adicional para la generación eólica y solar puede ayudar a garantizar una producción de electricidad suficiente incluso durante condiciones climáticas adversas. En condiciones climáticas óptimas, puede ser necesario reducir la generación de energía si no es posible utilizar o almacenar el excedente de electricidad. ^{[ 42 ]}

Un pequeño sistema fotovoltaico en el tejado de una vivienda en Bonn , Alemania.

Central fotovoltaica de Komekurayama en Kofu , Japón.

La energía solar produjo alrededor de 1,3 teravatios-hora (TWh) en todo el mundo en 2022, ^{[ 10 ]} lo que representa el 4,6% de la electricidad mundial. Casi todo este crecimiento se ha producido desde 2010. ^{[ 62 ]} La energía solar se puede aprovechar en cualquier lugar que reciba luz solar; sin embargo, la cantidad de energía solar que se puede aprovechar para generar electricidad está influenciada por las condiciones climáticas , la ubicación geográfica y la hora del día. ^{[ 63 ]}

Existen dos métodos principales para aprovechar la energía solar: la energía solar térmica , que convierte la energía solar en calor; y la energía fotovoltaica (FV), que la convierte en electricidad. ^{[ 12 ]} La FV está mucho más extendida, representando alrededor de dos tercios de la capacidad global de energía solar a partir de 2022. ^{[ 64 ]} También está creciendo a un ritmo mucho más rápido, con 170 GW de capacidad instalada recientemente en 2021, ^{[ 65 ]} en comparación con los 25 GW de energía solar térmica. ^{[ 64 ]}

La energía solar pasiva se refiere a una serie de estrategias y tecnologías de construcción que buscan optimizar la distribución del calor solar en un edificio. Algunos ejemplos incluyen chimeneas solares , ^{[ 12 ]} orientar un edificio hacia el sol, usar materiales de construcción que puedan almacenar calor y diseñar espacios que permitan la circulación natural del aire . ^{[ 66 ]}

Entre 2020 y 2022, las inversiones en tecnología solar casi se duplicaron, pasando de 162.000 millones de dólares a 308.000 millones, impulsadas por la creciente madurez del sector y la reducción de costes, especialmente en la energía solar fotovoltaica (FV), que representó el 90% del total de las inversiones. China y Estados Unidos fueron los principales receptores, concentrando en conjunto cerca de la mitad de todas las inversiones solares desde 2013. A pesar de las reducciones en Japón e India debido a cambios en las políticas y a la COVID-19 , el crecimiento en China, Estados Unidos y un aumento significativo del programa de tarifas de alimentación de Vietnam compensaron estos descensos. A nivel mundial, el sector solar añadió 714 gigavatios (GW) de capacidad de energía solar fotovoltaica y de energía solar de concentración (CSP) entre 2013 y 2021, con un notable aumento en las instalaciones de calefacción solar a gran escala en 2021, especialmente en China, Europa, Turquía y México. ^{[ 67 ]} En 2023, la capacidad global de energía solar creció en casi un 30%, impulsada por la caída de los precios de los paneles y la ampliación de los incentivos gubernamentales en todo el mundo. ^{[ 68 ]}

Energía fotovoltaica

Un sistema fotovoltaico , compuesto por células solares ensambladas en paneles , convierte la luz en corriente eléctrica continua mediante el efecto fotoeléctrico . ^{[ 71 ] [ 72 ]}

Los sistemas fotovoltaicos abarcan desde pequeñas instalaciones residenciales y comerciales en azoteas o integradas en edificios , ^{[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]} hasta grandes centrales fotovoltaicas a escala industrial . ^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]} Los paneles solares de un hogar pueden utilizarse solo para ese hogar o, si están conectados a una red eléctrica, pueden agregarse con millones de otros. ^{[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]}

La primera planta de energía solar a escala comercial fue construida en 1982 en Hesperia, California por ARCO . ^{[ 82 ] [ 83 ]} La planta no fue rentable y se vendió ocho años después. ^{[ 84 ]} Sin embargo, durante las décadas siguientes, las células fotovoltaicas se volvieron significativamente más eficientes y baratas. ^{[ 85 ]} Como resultado, la adopción de la energía fotovoltaica ha crecido exponencialmente desde 2010. ^{[ 86 ]} La capacidad global aumentó de 230 GW a finales de 2015 a 890 GW en 2021. ^{[ 87 ]} La energía fotovoltaica creció más rápido en China entre 2016 y 2021, añadiendo 560 GW, más que todas las economías avanzadas juntas. ^{[ 88 ]} En 2025, cuatro de las diez centrales solares más grandes estaban en China, incluida la más grande, el Parque Solar Talatan . ^{[ 89 ]}

Los paneles solares se reciclan para reducir los residuos electrónicos y crear una fuente de materiales que de otro modo tendrían que extraerse, ^{[ 90 ]} pero este negocio aún es pequeño y se está trabajando para mejorar y ampliar el proceso. ^{[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]}

Los humanos han aprovechado la energía eólica desde al menos el 3500 a. C. Hasta el siglo XX, se utilizaba principalmente para impulsar barcos, molinos de viento y bombas de agua. Hoy en día, la gran mayoría de la energía eólica se utiliza para generar electricidad mediante turbinas eólicas. ^{[ 12 ]} Las turbinas eólicas modernas a escala industrial tienen  una potencia nominal que oscila entre los 600 kW y los 9 MW. La potencia disponible del viento es función del cubo de la velocidad del viento, por lo que, a medida que aumenta la velocidad del viento, la potencia de salida aumenta hasta alcanzar la potencia máxima de la turbina en cuestión. ^{[ 102 ]} Las zonas donde los vientos son más fuertes y constantes, como las zonas marinas y las de gran altitud, son los lugares preferidos para los parques eólicos.

La electricidad generada por el viento cubrió casi el 4 % de la demanda mundial de electricidad en 2015, con cerca de 63  GW de nueva capacidad eólica instalada. La energía eólica fue la principal fuente de nueva capacidad en Europa, Estados Unidos y Canadá, y la segunda más importante en China. En Dinamarca, la energía eólica cubrió más del 40 % de su demanda de electricidad, mientras que Irlanda, Portugal y España cubrieron casi el 20 % cada una. ^{[ 103 ]}

A nivel mundial, se estima que el potencial técnico a largo plazo de la energía eólica es cinco veces superior a la producción energética global actual, o 40 veces superior a la demanda actual de electricidad, suponiendo que se superen todas las barreras prácticas necesarias. Esto requeriría la instalación de aerogeneradores en grandes áreas, especialmente en zonas con mayores recursos eólicos, como las zonas marinas, y probablemente también el uso industrial de nuevos tipos de aerogeneradores de eje vertical (VAWT) , además de las unidades de eje horizontal que se utilizan actualmente. Dado que la velocidad del viento en alta mar es, en promedio, un 90 % mayor que en tierra, los recursos marinos pueden aportar mucha más energía que los aerogeneradores terrestres. ^{[ 104 ]}

Las inversiones en tecnologías eólicas alcanzaron los 161.000 millones de dólares en 2020, con la energía eólica terrestre dominando el 80 % de las inversiones totales entre 2013 y 2022. Las inversiones en energía eólica marina casi se duplicaron hasta alcanzar los 41.000 millones de dólares entre 2019 y 2020, principalmente debido a los incentivos políticos en China y la expansión en Europa. La capacidad eólica mundial aumentó en 557 GW entre 2013 y 2021, con un incremento promedio del 19 % anual. ^{[ 67 ]}

Dado que el agua es aproximadamente 800 veces más densa que el aire , incluso una corriente de agua lenta o un oleaje moderado pueden generar cantidades considerables de energía. El agua puede generar electricidad con una eficiencia de conversión de aproximadamente el 90%, que es la tasa más alta en energías renovables. ^{[ 108 ]} Existen muchas formas de energía hidráulica:

• Históricamente, la energía hidroeléctrica provenía de la construcción de grandes represas y embalses hidroeléctricos, que siguen siendo populares en los países en desarrollo . ^{[ 109 ]} Las más grandes de ellas son la represa de las Tres Gargantas (2003) en China y la represa de Itaipú (1984) construida por Brasil y Paraguay.
• Los sistemas hidroeléctricos de pequeña escala son instalaciones de energía hidroeléctrica que suelen producir hasta 50 MW de potencia. Se utilizan con frecuencia en ríos pequeños o como una solución de bajo impacto en ríos más grandes. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica del mundo y cuenta con más de 45 000 instalaciones hidroeléctricas de pequeña escala. ^{[ 110 ]}
• Las centrales hidroeléctricas de pasada obtienen energía de los ríos sin la creación de un gran embalse . El agua se transporta normalmente a lo largo del valle del río (mediante canales, tuberías o túneles) hasta que se encuentra a una altura considerable sobre el fondo del valle, momento en el que se deja caer a través de una tubería forzada para accionar una turbina. Una central de pasada puede producir una gran cantidad de electricidad, como la presa Chief Joseph en el río Columbia en Estados Unidos. ^{[ 111 ]} Sin embargo, muchas centrales hidroeléctricas de pasada son microcentrales hidroeléctricas o picocentrales hidroeléctricas .

Gran parte de la energía hidroeléctrica es flexible, complementando así la eólica y la solar, ya que no es intermitente. ^{[ 112 ]} En 2021, la capacidad mundial de energía hidroeléctrica renovable era de 1360 GW. ^{[ 88 ]} Solo se ha desarrollado un tercio del potencial hidroeléctrico mundial estimado de 14 000 TWh/año. ^{[ 113 ] [ 114 ]} Los nuevos proyectos hidroeléctricos se enfrentan a la oposición de las comunidades locales debido a su gran impacto, incluyendo la reubicación de comunidades y la inundación de hábitats de vida silvestre y tierras agrícolas. ^{[ 115 ]} Por lo tanto, los altos costos y los tiempos de espera del proceso de permisos, incluyendo las evaluaciones ambientales y de riesgos, con la falta de aceptación ambiental y social son los principales desafíos para los nuevos desarrollos. ^{[ 116 ]} Es popular repotenciar las represas antiguas aumentando así su eficiencia y capacidad, así como una respuesta más rápida en la red. ^{[ 117 ]} Cuando las circunstancias lo permiten, las represas existentes, como la represa Russell construida en 1985, pueden modernizarse con instalaciones de "retorno de bombeo" para almacenamiento por bombeo, lo cual es útil para cargas máximas o para apoyar la energía eólica y solar intermitente. Debido a que la energía gestionable es más valiosa que la energía renovable variable ^{[ 118 ] [ 119 ],} países con grandes desarrollos hidroeléctricos, como Canadá y Noruega, están gastando miles de millones para expandir sus redes y comerciar con países vecinos que tienen recursos hidroeléctricos limitados. ^{[ 120 ]}

La biomasa es material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. Generalmente, se refiere a plantas o materiales derivados de plantas. Como fuente de energía, la biomasa puede utilizarse directamente mediante combustión para producir calor o convertirse en un biocombustible con mayor densidad energética , como el etanol. La madera es la fuente de energía de biomasa más importante a partir de 2012 ^{[ 124 ]} y suele provenir de árboles talados por razones silvícolas o de prevención de incendios . Los residuos de madera municipales —por ejemplo, materiales de construcción o serrín— también se queman con frecuencia para obtener energía. ^{[ 125 ]} Los mayores productores per cápita de bioenergía a base de madera son países con gran superficie forestal, como Finlandia, Suecia, Estonia, Austria y Dinamarca. ^{[ 126 ]}

La bioenergía puede ser ambientalmente destructiva si se talan bosques primarios para dar paso a la producción de cultivos. En particular, la demanda de aceite de palma para producir biodiésel ha contribuido a la deforestación de selvas tropicales en Brasil e Indonesia. ^{[ 127 ]} Además, la quema de biomasa también produce emisiones de carbono, aunque mucho menores que las de los combustibles fósiles (39 gramos de CO₂ _por megajulio de energía, en comparación con 75 g/MJ para los combustibles fósiles). ^{[ 128 ]}

Algunas fuentes de biomasa no son sostenibles a las tasas de explotación actuales (a partir de 2017). ^{[ 129 ]}

Biocombustible

Los biocombustibles se utilizan principalmente en el transporte, proporcionando el 3,5 % de la demanda mundial de energía para el transporte en 2022, ^{[ 130 ]} frente al 2,7 % en 2010. ^{[ 131 ]} Se espera que el biocombustible para aviones sea importante para la reducción a corto plazo de las emisiones de dióxido de carbono de los vuelos de larga distancia. ^{[ 132 ]}

Aparte de la madera, las principales fuentes de bioenergía son el bioetanol y el biodiesel . ^{[ 12 ]} El bioetanol se produce generalmente mediante la fermentación de los componentes de azúcar de cultivos como la caña de azúcar y el maíz , mientras que el biodiesel se elabora principalmente a partir de aceites extraídos de plantas, como el aceite de soja y el aceite de maíz . ^{[ 133 ]} La mayoría de los cultivos utilizados para producir bioetanol y biodiesel se cultivan específicamente para este fin, ^{[ 134 ]} aunque el aceite de cocina usado representó el 14% del aceite utilizado para producir biodiesel en 2015. ^{[ 133 ]} La biomasa utilizada para producir biocombustibles varía según la región. El maíz es la principal materia prima en Estados Unidos, mientras que la caña de azúcar predomina en Brasil. ^{[ 135 ]} En la Unión Europea, donde el biodiesel es más común que el bioetanol, el aceite de colza y el aceite de palma son las principales materias primas. ^{[ 136 ]} China, aunque produce comparativamente mucho menos biocombustible, utiliza principalmente maíz y trigo. ^{[ 137 ]} En muchos países, los biocombustibles están subvencionados o su inclusión en las mezclas de combustible es obligatoria . ^{[ 127 ]}

Hay muchas otras fuentes de bioenergía que son más específicas o que aún no son viables a gran escala. Por ejemplo, el bioetanol podría producirse a partir de las partes celulósicas de los cultivos, en lugar de solo la semilla, como es común hoy en día. ^{[ 138 ]} El sorgo dulce puede ser una fuente alternativa prometedora de bioetanol, debido a su tolerancia a una amplia gama de climas. ^{[ 139 ]} El estiércol de vaca puede convertirse en metano. ^{[ 140 ]} También hay mucha investigación sobre el combustible de algas , que es atractivo porque las algas son un recurso no alimentario, crecen unas 20 veces más rápido que la mayoría de los cultivos alimentarios y pueden cultivarse en casi cualquier lugar. ^{[ 141 ]}

La energía geotérmica es energía térmica (calor) extraída de la corteza terrestre . Se origina en varias fuentes diferentes , de las cuales la más significativa es la lenta desintegración radiactiva de los minerales contenidos en el interior de la Tierra , ^{[ 12 ]} así como parte del calor residual de la formación de la Tierra . ^{[ 146 ]} Parte del calor se genera cerca de la superficie terrestre en la corteza, pero otra parte también fluye desde las profundidades de la Tierra desde el manto y el núcleo . ^{[ 146 ]} La extracción de energía geotérmica es viable principalmente en países ubicados en los bordes de las placas tectónicas , donde el manto caliente de la Tierra está más expuesto. ^{[ 147 ]} A partir de 2023, Estados Unidos tiene, con mucho, la mayor capacidad geotérmica (2,7 GW, ^{[ 148 ]} o menos del 0,2% de la capacidad energética total del país ^{[ 149 ]} ), seguido de Indonesia y Filipinas. La capacidad global en 2022 fue de 15 GW. ^{[ 148 ]}

La energía geotérmica puede utilizarse directamente para calentar hogares, como es común en Islandia, donde casi toda su energía es renovable, o para generar electricidad. Islandia es líder mundial en energías renovables, dependiendo casi por completo de sus abundantes recursos geotérmicos e hidroeléctricos derivados de la actividad volcánica y los glaciares. ^{[ 150 ]} A menor escala, la energía geotérmica puede generarse con bombas de calor geotérmicas , que pueden extraer calor de temperaturas del suelo inferiores a 30 °C (86 °F) , lo que permite su uso a profundidades relativamente bajas de unos pocos metros. ^{[ 147 ]} La generación de electricidad requiere grandes plantas y temperaturas del suelo de al menos 150 °C (302 °F) . En algunos países, la electricidad producida a partir de energía geotérmica representa una gran parte del total, como Kenia (43 %) e Indonesia (5 %). ^{[ 151 ]}    

Los avances técnicos podrían, con el tiempo, hacer que la energía geotérmica esté más disponible. Por ejemplo, los sistemas geotérmicos mejorados implican perforar unos 10 kilómetros (6,2 millas) en la Tierra, fracturar rocas calientes y extraer el calor mediante agua. En teoría, este tipo de extracción de energía geotérmica podría realizarse en cualquier lugar del planeta. ^{[ 147 ]} 

Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) son un nuevo tipo de energía geotérmica que no requiere depósitos naturales de agua caliente ni vapor para generar electricidad. La mayor parte del calor subterráneo accesible mediante perforación se encuentra atrapado en rocas sólidas, no en agua. ^{[ 154 ]} Las tecnologías EGS utilizan la fracturación hidráulica para romper estas rocas y liberar el calor que contienen, el cual se aprovecha bombeando agua al subsuelo. Este proceso se conoce a veces como "roca seca caliente" (HDR). ^{[ 155 ]} A diferencia de la extracción convencional de energía geotérmica, los EGS pueden ser viables en cualquier parte del mundo, dependiendo del costo de la perforación. ^{[ 156 ]} Hasta ahora, los proyectos EGS se han limitado principalmente a plantas de demostración , ya que la tecnología requiere una gran inversión de capital debido al alto costo de la perforación. ^{[ 157 ]}

La piezoelectricidad es la conversión de la tensión mecánica o vibración existente ( mecánica clásica ) en una carga eléctrica sin consumir ni agotar una fuente de combustible. ^{[ 158 ] [ 159 ]} La piezotrónica permite la interacción de comportamientos piezoeléctricos y semiconductores para modular las barreras de energía en la superficie de contacto, controlando así el transporte de portadores de carga. ^{[ 160 ]} Desde la introducción de los nanogeneradores , la eficiencia de la recolección de energía a microescala ha mejorado. Por ejemplo, los nanogeneradores suelen consistir en nanocables piezoeléctricos ; a medida que estos cables se doblan o comprimen, la tensión mecánica aplicada hace que los iones dentro de la red cristalina del material cambien de posición. Este cambio altera la simetría de carga del nanocable, lo que provoca una polarización de carga instantánea (separación de cargas positivas y negativas) a través de los extremos del nanocable. Una vez polarizados, los electrones se liberan del electrodo conectado, lo que genera electricidad de corriente alterna (CA) utilizable que puede energizar sensores de baja potencia. ^{[ 161 ] [ 162 ]} Los sistemas microelectromecánicos piezoeléctricos (piezoMEMS), como los actuadores para órganos artificiales y marcapasos o las microbombas para la administración de fármacos y la transferencia de reactivos , son vitales para fines médicos y la recolección de energía. ^{[ 163 ]} Además, se utilizan componentes especializados como resonadores piezoeléctricos y osciladores de cristal de cuarzo para regular las frecuencias de los circuitos eléctricos. ^{[ 164 ]}

La energía marina (también conocida como energía oceánica) es la energía transportada por las olas , las mareas , la salinidad y las diferencias de temperatura del océano . Las tecnologías para aprovechar la energía del agua en movimiento incluyen la energía undimotriz , la energía de las corrientes marinas y la energía mareomotriz . La electrodiálisis inversa (RED) es una tecnología para generar electricidad mediante la mezcla de agua dulce y agua de mar salada en grandes celdas de energía. ^{[ 165 ]} La mayoría de las tecnologías de aprovechamiento de la energía marina aún se encuentran en niveles bajos de madurez tecnológica y no se utilizan a gran escala. La energía mareomotriz se considera generalmente la más madura, pero no ha tenido un despliegue generalizado. ^{[ 166 ]} La central mareomotriz más grande del mundo se encuentra en el lago Sihwa , Corea del Sur, ^{[ 167 ]} que produce alrededor de 550 gigavatios-hora de electricidad por año. ^{[ 168 ]}

La Tierra emite aproximadamente ^10¹⁷ W de radiación térmica infrarroja que fluye hacia el frío espacio exterior. La energía solar incide sobre la superficie y la atmósfera terrestres, produciendo calor. Mediante diversos dispositivos teóricos, como el recolector de energía emisiva (EEH) o el diodo termorradiativo, este flujo de energía puede convertirse en electricidad. En teoría, esta tecnología puede utilizarse durante la noche. ^{[ 169 ] [ 170 ]}

Algunos estudios afirman que una transición global hacia el 100% de energía renovable en todos los sectores —electricidad, calefacción, transporte e industria— es factible y económicamente viable. ^{[ 203 ] [ 204 ] [ 205 ]}

Uno de los esfuerzos para descarbonizar el transporte es el mayor uso de vehículos eléctricos (VE). ^{[ 206 ]} A pesar de ello y del uso de biocombustibles , como el biojet , menos del 4 % de la energía del transporte proviene de fuentes renovables. ^{[ 207 ]} Ocasionalmente se utilizan pilas de combustible de hidrógeno para el transporte pesado. ^{[ 208 ]} Mientras tanto, en el futuro los electrocombustibles también podrían desempeñar un papel más importante en la descarbonización de sectores difíciles de descarbonizar, como la aviación y el transporte marítimo. ^{[ 209 ]}

El calentamiento solar de agua contribuye significativamente a la energía térmica renovable en muchos países, especialmente en China, que actualmente concentra el 70 % del total mundial (180  GWt). La mayoría de estos sistemas se instalan en edificios de apartamentos multifamiliares ^{[ 210 ]} y cubren una parte de las necesidades de agua caliente de entre 50 y 60 millones de hogares en China. A nivel mundial, el total de sistemas solares de calentamiento de agua instalados cubre una parte de las necesidades de agua caliente de más de 70 millones de hogares.

Las bombas de calor proporcionan tanto calefacción como refrigeración, y también aplanan la curva de demanda eléctrica, por lo que son una prioridad cada vez mayor. ^{[ 211 ]} La energía térmica renovable también está creciendo rápidamente. ^{[ 212 ]} Alrededor del 10 % de la energía de calefacción y refrigeración proviene de fuentes renovables. ^{[ 213 ]}

La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) declaró que aproximadamente el 86 % (187 GW) de la capacidad renovable añadida en 2022 tenía costes inferiores a los de la electricidad generada a partir de combustibles fósiles. ^{[ 214 ]} IRENA también afirmó que la capacidad añadida desde el año 2000 redujo las facturas de electricidad en 2022 en al menos 520 mil millones de dólares, y que en los países que no pertenecen a la OCDE, el ahorro total de las adiciones de capacidad de 2022 reducirá los costes hasta en 580 mil millones de dólares. ^{[ 214 ]}

^* = 2018. Todos los demás valores corresponden a 2019.

Inversión y fuentes

Inversión: Las empresas, los gobiernos y los hogares han comprometido cantidades cada vez mayores para la descarbonización, incluyendo energías renovables (solar, eólica), vehículos eléctricos e infraestructura de carga asociada, almacenamiento de energía, sistemas de calefacción energéticamente eficientes, captura y almacenamiento de carbono e hidrógeno. ^{[ 219 ] [ 220 ] [ 221 ] [ 222 ] [ 223 ]}

Para 2025, la inversión en la transición energética había crecido hasta alcanzar aproximadamente el doble de la destinada a los combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón). ^{[ 224 ]}

Los países que más dependen de los combustibles fósiles para la generación de electricidad varían ampliamente en cuanto a la proporción de esa electricidad que se genera a partir de energías renovables, lo que genera una gran variación en el potencial de crecimiento de las energías renovables. ^{[ 225 ]}

Costos

Costo nivelado: Con la creciente implementación de fuentes de energía renovables, los costos han disminuido, sobre todo para la energía generada por paneles solares. ^{[ 226 ] [ 227 ]} El costo nivelado de la energía (LCOE) es una medida del costo neto actual promedio de la generación de electricidad para una planta generadora durante su vida útil.

Los costos de la energía renovable, especialmente la solar fotovoltaica (paneles solares), han disminuido significativamente, ^{[ 228 ]} y el 62% de la generación total de energía renovable agregada en 2020 tuvo costos más bajos que la opción más barata de combustible fósil nuevo. ^{[ 229 ]}

" Curvas de aprendizaje ": Tendencia de los costos y el despliegue a lo largo del tiempo, con líneas más pronunciadas que muestran mayores reducciones de costos a medida que avanza el despliegue. ^{[ 230 ]} Con un mayor despliegue, las energías renovables se benefician de las curvas de aprendizaje y las economías de escala . ^{[ 231 ]}

Los resultados de una revisión reciente de la literatura concluyeron que, a medida que los emisores de gases de efecto invernadero (GEI) comiencen a ser considerados responsables de los daños resultantes de las emisiones de GEI que provocan el cambio climático, un alto valor para la mitigación de la responsabilidad proporcionaría poderosos incentivos para el despliegue de tecnologías de energía renovable. ^{[ 232 ]}

En la década de 2010-2019, la inversión mundial en capacidad de energía renovable, excluyendo la gran energía hidroeléctrica, ascendió a 2,7 billones de dólares estadounidenses, de los cuales los principales países contribuyeron con 818.000 millones de dólares, Estados Unidos con 392.300 millones, Japón con 210.900 millones, Alemania con 183.400 millones y el Reino Unido con 126.500 millones. ^{[ 233 ]} Esto representó un aumento de más de tres y posiblemente cuatro veces la cantidad equivalente invertida en la década de 2000-2009 (no se dispone de datos para 2000-2003). ^{[ 233 ]}

En 2022, se estimaba que el 28 % de la electricidad mundial se generaba a partir de energías renovables. Esto representa un aumento con respecto al 19 % de 1990. ^{[ 234 ]} A finales de 2024, la capacidad global de energía renovable alcanzó los 4300 gigavatios (GW), y la energía solar fotovoltaica representó más del 60 % de las adiciones anuales. ^{[ 235 ]}

El grupo de expertos Ember, con sede en el Reino Unido, informó que la energía eólica y solar combinadas generaron más electricidad que el gas a nivel mundial en un mes por primera vez en abril de 2026. ^{[ 236 ]}

Proyecciones futuras

La energía solar y eólica se está expandiendo más rápidamente que las fuentes de electricidad anteriores. La disminución de los costos, el diseño modular y la mejora del almacenamiento en baterías facilitan la transición a las energías renovables. ^{[ 237 ]}

En 2023, se proyectó que la generación de electricidad a partir de fuentes eólicas y solares superaría el 30% para 2030. ^{[ 238 ]}

Un informe de diciembre de 2022 de la AIE pronostica que, entre 2022 y 2027, las energías renovables crecerán en casi 2400 GW en su pronóstico principal, lo que equivale a la capacidad total de potencia instalada de China en 2021. Esto representa una aceleración del 85 % con respecto a los cinco años anteriores y casi un 30 % más que lo pronosticado por la AIE en su informe de 2021, lo que constituye su mayor revisión al alza hasta la fecha. Se prevé que las energías renovables representen más del 90 % de la expansión de la capacidad eléctrica mundial durante el período de pronóstico. ^{[ 88 ]} Para lograr cero emisiones netas para 2050, la AIE considera que el 90 % de la generación eléctrica mundial deberá producirse a partir de fuentes renovables. ^{[ 19 ]}

En junio de 2022, el director ejecutivo de la AIE, Fatih Birol, afirmó que los países deberían invertir más en energías renovables para "aliviar la presión que sufren los consumidores debido a los altos precios de los combustibles fósiles, hacer que nuestros sistemas energéticos sean más seguros y encaminar al mundo hacia el logro de nuestros objetivos climáticos". ^{[ 239 ]}

Se espera que REPowerEU , el plan de la UE para escapar de la dependencia del gas fósil ruso , exija mucho más hidrógeno verde . ^{[ 240 ]}

Después de un período de transición, ^{[ 241 ]} se espera que la producción de energía renovable constituya la mayor parte de la producción energética mundial. En 2018, la firma de gestión de riesgos DNV GL pronosticó que la matriz energética primaria mundial se dividirá equitativamente entre fuentes fósiles y no fósiles para 2050. ^{[ 242 ]}

Las naciones de Oriente Medio también planean reducir su dependencia de los combustibles fósiles. Muchos proyectos verdes planificados contribuirán con el 26 % del suministro energético de la región para 2050, logrando reducciones de emisiones equivalentes a 1,1 Gt de CO₂ _/ año. ^{[ 243 ]}

Proyectos masivos de energías renovables en Oriente Medio: ^{[ 243 ]}

• Parque Solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum en Dubái, Emiratos Árabes Unidos
• Dos (2) instalaciones solares en Shuaibah, provincia de La Meca, Arabia Saudita.
• Proyecto de hidrógeno verde de NEOM en NEOM, Arabia Saudita.
• Proyecto de energía eólica en el Golfo de Suez, Egipto.
• Parque solar Al-Ajban en Abu Dabi, Emiratos Árabes Unidos

En julio de 2014, WWF y el Instituto de Recursos Mundiales convocaron un debate entre varias empresas estadounidenses importantes que habían manifestado su intención de aumentar el uso de energías renovables. En estos debates se identificaron varios "principios" que las empresas que buscaban un mayor acceso a las energías renovables consideraban elementos clave para el éxito del mercado. Estos principios incluían la libertad de elección (entre proveedores y entre productos), la competitividad de costes, el suministro a largo plazo a precio fijo, el acceso a mecanismos de financiación de terceros y la colaboración. ^{[ 244 ]}

Las estadísticas del Reino Unido publicadas en septiembre de 2020 señalaron que "la proporción de la demanda cubierta por energías renovables varía desde un mínimo del 3,4 por ciento (para el transporte, principalmente a partir de biocombustibles) hasta máximos de más del 20 por ciento para 'otros usuarios finales', que son en gran medida los sectores de servicios y comerciales que consumen cantidades relativamente grandes de electricidad, y la industria". ^{[ 245 ]}

En algunas localidades, los hogares pueden optar por comprar energía renovable a través de un programa de energía verde para consumidores .

En Kenia, la central geotérmica Olkaria V es una de las más grandes del mundo. ^{[ 250 ]} El proyecto de la Gran Presa del Renacimiento de Etiopía incorpora turbinas eólicas. ^{[ 251 ]} Una vez terminada, se prevé que la central solar de Ouarzazate, en Marruecos, proporcione energía a más de un millón de personas. ^{[ 252 ]}

El impacto geopolítico del creciente uso de energías renovables es objeto de debate e investigación constantes. ^{[ 272 ]} Muchos países ricos en petróleo, como Qatar , Rusia , Arabia Saudita y Noruega , pueden ejercer influencia diplomática o geopolítica gracias a sus recursos petroleros. Se espera que la mayoría de estos países se encuentren entre los "perdedores" geopolíticos de la transición energética, aunque algunos, como Noruega, también son importantes productores y exportadores de energías renovables. Los combustibles fósiles y la infraestructura para extraerlos podrían, a largo plazo, convertirse en activos varados . ^{[ 273 ]} Se ha especulado que los países dependientes de los ingresos de los combustibles fósiles podrían algún día considerar que les conviene vender rápidamente sus reservas restantes de combustibles fósiles. ^{[ 274 ]}

Por el contrario, se espera que las naciones abundantes en recursos renovables y en los minerales necesarios para la tecnología de energías renovables ganen influencia. ^{[ 275 ] [ 276 ]} En particular, China se ha convertido en el fabricante dominante mundial de la tecnología necesaria para producir o almacenar energía renovable, especialmente paneles solares , turbinas eólicas y baterías de iones de litio . ^{[ 277 ]} Las naciones ricas en energía solar y eólica podrían convertirse en importantes exportadores de energía. ^{[ 278 ]} Algunas podrían producir y exportar hidrógeno verde , ^{[ 279 ] [ 278 ]} aunque se proyecta que la electricidad sea el portador de energía dominante en 2050, representando casi el 50% del consumo total de energía (frente al 22% en 2015). ^{[ 280 ]} Los países con grandes áreas deshabitadas, como Australia, China y muchos países de África y Oriente Medio, tienen potencial para enormes instalaciones de energía renovable. La producción de tecnologías de energía renovable requiere elementos de tierras raras con nuevas cadenas de suministro. ^{[ 281 ]}

Los países africanos con gobiernos ya débiles que dependen de los ingresos de los combustibles fósiles podrían enfrentar una inestabilidad política o un descontento popular aún mayor. Los analistas consideran que Nigeria , Angola , Chad , Gabón y Sudán , todos países con un historial de golpes militares , corren el riesgo de sufrir inestabilidad debido a la disminución de los ingresos petroleros. ^{[ 282 ]}

Un estudio encontró que la transición de los combustibles fósiles a los sistemas de energía renovable reduce los riesgos de la minería, el comercio y la dependencia política porque los sistemas de energía renovable no necesitan combustible; dependen del comercio solo para la adquisición de materiales y componentes durante la construcción. ^{[ 283 ]}

En octubre de 2021, el comisario europeo de Acción por el Clima, Frans Timmermans, sugirió que «la mejor respuesta» a la crisis energética mundial de 2021 es «reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles». ^{[ 284 ]} Afirmó que quienes culpaban al Pacto Verde Europeo lo hacían «quizás por razones ideológicas o, a veces, por razones económicas para proteger sus intereses particulares». ^{[ 284 ]} Algunos críticos culparon al Sistema de Comercio de Emisiones de la Unión Europea (EU ETS) y al cierre de centrales nucleares de contribuir a la crisis energética. ^{[ 285 ] [ 286 ] [ 287 ]} La presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen , afirmó que Europa es «demasiado dependiente» del gas natural y de las importaciones de gas natural . Según Von der Leyen, «la respuesta tiene que ver con diversificar nuestros proveedores... y, fundamentalmente, con acelerar la transición a la energía limpia». ^{[ 288 ]}

La transición energética también puede mejorar la seguridad e independencia energética de un país , mitigando los impactos de los mercados de combustibles fósiles o la presión geopolítica de los productores de petróleo. ^{[ 289 ] [ 290 ]} La proliferación de energías renovables también podría debilitar el poder comercial de los petroestados y su influencia global. A medida que el mundo se electrifica, las tecnologías renovables se integrarán en las economías nacionales de diversos mercados, especialmente en los países en desarrollo, eliminando la influencia que los petroestados tienen sobre la estructura energética global. ^{[ 291 ] [ 292 ] [ 293 ]}

La transición a la energía renovable requiere una mayor extracción de ciertos metales y minerales. Como toda minería, esto impacta el medio ambiente ^{[ 294 ]} y puede generar conflictos ambientales . ^{[ 295 ]} Por ejemplo, la minería de litio utiliza alrededor del 65% del agua en el desierto del Salar de Atacama, lo que obliga a los agricultores y pastores de llamas a abandonar sus asentamientos ancestrales y crea degradación ambiental, ^{[ 296 ]} en varios países africanos, la transición a la energía verde ha creado un auge minero, causando deforestación y amenazando a especies ya en peligro de extinción. ^{[ 297 ]} La ​​energía eólica requiere grandes cantidades de cobre y zinc , así como cantidades menores del metal más raro neodimio . La energía solar es menos intensiva en recursos, pero aún requiere cantidades significativas de aluminio. La expansión de las redes eléctricas requiere tanto cobre como aluminio. Las baterías, que son fundamentales para permitir el almacenamiento de energía renovable, utilizan grandes cantidades de cobre, níquel , aluminio y grafito . Se prevé que la demanda de litio se multiplique por 42 entre 2020 y 2040. Se prevé que la demanda de níquel, cobalto y grafito crezca entre 20 y 25 veces. ^{[ 298 ]} Para cada uno de los minerales y metales más relevantes, su extracción está dominada por un solo país: cobre en Chile , níquel en Indonesia , tierras raras en China , cobalto en la República Democrática del Congo (RDC) y litio en Australia . China domina el procesamiento de todos ellos. ^{[ 298 ]}

El reciclaje de estos metales una vez que los dispositivos en los que están integrados han dejado de funcionar es esencial para crear una economía circular y garantizar la sostenibilidad de las energías renovables. Para 2040, el cobre, el litio, el cobalto y el níquel reciclados de las baterías usadas podrían reducir los requisitos combinados de suministro primario de estos minerales en aproximadamente un 10 %. ^{[ 298 ]}

Un enfoque controvertido es la minería submarina . Los minerales pueden extraerse de nuevas fuentes, como los nódulos polimetálicos que yacen en el lecho marino . ^{[ 299 ]} Esto dañaría la biodiversidad local, ^{[ 300 ]} pero los defensores señalan que la biomasa en los lechos marinos ricos en recursos es mucho más escasa que en las regiones mineras terrestres, que a menudo se encuentran en hábitats vulnerables como las selvas tropicales. ^{[ 301 ]}

Debido a la coexistencia de elementos de tierras raras y radiactivos ( torio , uranio y radio ), la minería de tierras raras produce residuos radiactivos de bajo nivel . ^{[ 302 ]}

Las instalaciones utilizadas para producir energía eólica, solar e hidroeléctrica representan una amenaza creciente para áreas clave de conservación, ya que se construyen en zonas reservadas para la conservación de la naturaleza y otras áreas ambientalmente sensibles. Suelen ser mucho más grandes que las centrales eléctricas de combustibles fósiles, requiriendo terrenos hasta 10 veces mayores que los de carbón o gas para producir cantidades equivalentes de energía. ^{[ 303 ]} Se han construido más de 2000 instalaciones de energía renovable, y hay más en construcción, en áreas de importancia ambiental, amenazando los hábitats de especies vegetales y animales en todo el mundo. El equipo de autores enfatizó que su trabajo no debe interpretarse como contrario a las energías renovables, ya que estas son cruciales para reducir las emisiones de carbono. La clave está en garantizar que las instalaciones de energía renovable se construyan en lugares donde no dañen la biodiversidad. ^{[ 304 ]}

En 2020, los científicos publicaron un mapa mundial de las áreas que contienen materiales de energía renovable, así como estimaciones de su superposición con "Áreas Clave de Biodiversidad", "Áreas Silvestres Restantes" y " Áreas Protegidas ". Los autores concluyeron que se necesita una planificación estratégica cuidadosa . ^{[ 305 ] [ 306 ] [ 307 ]}

El cambio climático está haciendo que los patrones meteorológicos sean menos predecibles. Esto puede obstaculizar seriamente el uso de energías renovables. Por ejemplo, en el año 2023, en Sudán y Namibia, la producción hidroeléctrica se redujo a más de la mitad debido a una drástica disminución de las precipitaciones; en China, India y algunas regiones de África, fenómenos meteorológicos inusuales redujeron la cantidad de energía eólica producida; las olas de calor y las nubes disminuyen la eficacia de los paneles solares; y el deshielo de los glaciares crea problemas para la energía hidroeléctrica. La energía nuclear también se ve afectada, ya que la sequía provoca escasez de agua, por lo que las centrales nucleares a veces no disponen de suficiente agua para la refrigeración. ^{[ 308 ]}

La mayoría de los encuestados en Europa apoyan las energías renovables para combatir el cambio climático. ^{[ 309 ]}

Los encuestados en Estados Unidos consideraron que la inversión en energías renovables era una prioridad menor que los de la Unión Europea y China. ^{[ 310 ]}

Las centrales de energía solar pueden competir con las tierras cultivables , ^{[ 312 ] [ 313 ]} mientras que los parques eólicos terrestres a menudo enfrentan oposición debido a preocupaciones estéticas y ruido. ^{[ 314 ] [ 315 ]} A estos opositores se les suele describir como NIMBY ("no en mi patio trasero"). ^{[ 316 ]} Algunos ambientalistas están preocupados por las colisiones fatales de aves y murciélagos con turbinas eólicas. ^{[ 317 ]} Aunque ocasionalmente ocurren protestas contra nuevos parques eólicos en todo el mundo, las encuestas regionales y nacionales generalmente encuentran un amplio apoyo tanto para la energía solar como para la eólica. ^{[ 318 ] [ 319 ] [ 320 ]} Los opositores a la energía renovable a veces reciben apoyo de la industria de combustibles fósiles y difunden información errónea para socavar el apoyo público a la energía renovable. ^{[ 321 ] [ 322 ] [ 323 ]}

La energía eólica de propiedad comunitaria se propone a veces como una forma de aumentar el apoyo local a los parques eólicos. ^{[ 324 ]} Un documento del Gobierno del Reino Unido de 2011 afirmaba que «los proyectos generalmente tienen más probabilidades de éxito si cuentan con un amplio apoyo público y el consentimiento de las comunidades locales. Esto significa dar a las comunidades voz y voto». ^{[ 325 ]} En la década de 2000 y principios de la de 2010, muchos proyectos de energías renovables en Alemania, Suecia y Dinamarca eran propiedad de comunidades locales, particularmente a través de estructuras cooperativas . ^{[ 326 ] [ 327 ]} En los años posteriores, más instalaciones en Alemania han sido realizadas por grandes empresas, ^{[ 324 ]} pero la propiedad comunitaria sigue siendo fuerte en Dinamarca. ^{[ 328 ]}

Entre los usos históricos más notables de la energía renovable (en forma de métodos antiguos y tradicionales), se pueden destacar los siguientes ejemplos:

1. Molinos de viento en Europa y Asia (como los molinos de viento de los Países Bajos y Nashtifan en Irán). ^{[ 339 ]} Los diseños verificados más antiguos descubiertos de molinos de viento datan de Irán, entre los años 700 y 900 d. C. ^{[ 340 ] [ 341 ] [ 342 ]}
2. Molinos de agua ( Antigua China y Antigua Persia ). ^{[ 343 ]}
3. La lente ardiente de Arquímedes .
4. Sistemas tradicionales de refrigeración y ventilación basados ​​en captadores de viento y torres solares de tiro ascendente (o chimeneas solares ).
5. La arquitectura tradicional tiene en cuenta la transferencia natural de calor y los procesos naturales de transformación de la energía .
6. Fuentes basadas en la gravedad .
7. Utilización de biomasa animal en antiguos ladrillos combustibles.
8. Hornos solares en la antigua China, India, Egipto y Persia.
9. Aplicaciones de la energía solar para el procesamiento agrícola tradicional (secado), las propiedades de los materiales de ingeniería (curado solar de cerámica y alfarería ) y las antiguas prácticas de salud (desinfección natural mediante radiación solar ).
10. Control gravitacional del flujo de agua a larga distancia en la antigua tecnología qanat para el transporte y suministro de agua.
11. Transporte de carga y pasajeros mediante velas en ríos, mares y océanos.
12. El transporte de carga y pasajeros se basa en la comprensión de las corrientes de agua en ríos, mares y océanos.
13. Utilizar vegetación renovable (como arbustos del desierto, residuos agrícolas y ramas podadas) para producir luz y calor .
14. Utilizar aceites renovables (de origen vegetal o animal) para producir luz y calor.
15. Maximizar el uso de la luz solar natural durante el día y la luz de la luna por la noche en la arquitectura de edificios para fines tales como iluminación, aplicaciones decorativas (por ejemplo, trabajos de azulejos reflectantes, trabajos de espejos y pulido de superficies en piedra o ladrillo), medición del tiempo ( relojes de sol , marcadores de mediodía, indicadores de tiempo de oración , marcadores de cambio de estación), etc. ^{[ 344 ]}