PWG - PAPERS (Noviembre 2002)

El Ocaso del Petróleo y las Fuentes Energéticas Alternativas.

Autor: Oliver Probst, Director del Departamento de Física e Investigador del Centro de Estudios de Energía ITESM Campus Monterrey - México.

1. Introducción
La disponibilidad de energía es indispensable para la sociedad moderna; sin embargo, la atención pública prestada a todos aquellos procesos que tienen que ver con la conversión, puesta en servicio y el uso racional de la energía generalmente es mínima, con la notoria excepción de las crisis energéticas. Dos acontecimientos recientes nos hicieron ver que el suministro ininterrumpido de la energía a un precio sumamente económico no es una cosa trivial:
(i) Los aumentos fuertes en el costo del petróleo, agravados aún por la reciente crisis en el Medio Oriente, y
(ii) el aun más importante ascenso del precio del gas natural.

Es indudable que una cierta fracción de estos aumentos fue provocada por acciones meramente especulativas. Sin embargo, demostraremos que, contrariamente a la creencia de la mayoría de los analistas económicos, una escasez real - acompañada de altos precios - del crudo y del gas natural se manifestará muy pronto a nivel mundial.

2. Estimación de las reservas del petróleo
La distinción más importante en el campo de las fuentes fósiles es la que existe entre recursos y reservas. Los recursos del petróleo son todas aquellas regiones subterráneas, a veces a considerable profundidad, que debido a sus características geológicas inferidas contienen algún tipo de petróleo. Estos yacimientos no están necesariamente accesibles a una explotación; mucho menos todavía se puede concluir que este petróleo puede extraerse de una forma económica y que la energía invertida en la extracción no rebasa la energía recuperable. Las reservas, a diferencia de los recursos, son aquellos petrolíferos donde una extracción económica con la tecnología disponible parece factible, aunque los criterios de diferentes analistas, compañías y gobiernos pueden variar considerablemente. El tamaño de las reservas, por definición, es más pequeño que el de los recursos, y a menudo esta diferencia es dramática.

¿Cómo podemos determinar en forma práctica el tamaño de las reservas del petróleo en una región o a nivel mundial?
La respuesta más científica y confiable parece estar en el análisis estadístico de los esfuerzos de explotación de las compañías petroleras, dado que se trata de analizar la figura práctica reservas y no el término abstracto recursos. Como en todo análisis estadístico se requiere de dos herramientas esenciales: (1) un modelo físico-matemático del fenómeno y (2) un conjunto de datos reales amplio y confiable.

Un modelo sumamente plausible y exitoso fue propuesto en 1956 por el geólogo M.K. Hubbert (en aquel entonces empleado de la Shell) [1, 2]. Este modelo, llamado de crecimiento logístico, aplicado a los datos de producción anual del petróleo en los 48 estados contiguos de Estados Unidos, condujo a Hubbert a la predicción que la producción doméstica de Estados Unidos alcanzaría su máximo alrededor del año 1969 con un subsecuente descenso en forma de campana. La predicción se cumplió rigurosamente y desde entonces la curva de Hubbert describe la producción doméstica de petróleo de Estados Unidos con un margen de error del 5% [3, 4]. El mismo análisis fue realizado para el campo petrolero Prudhoe Bay en Alaska: En este caso el máximo de la producción anual se alcanzó en el año 1990 y ha estado decreciendo desde entonces.

¿Cuáles son las suposiciones del Modelo Hubbert?
En primer lugar, se supone que la producción crece en forma exponencial mientras que el límite final (las reservas totales recuperables) se encuentra lejos. Este comportamiento se conoce como crecimiento no restringido y se cumplió con exactitud en todas las regiones petroproductoras del mundo, con excepción del Golfo Pérsico, donde los líderes políticos restringieron deliberadamente la producción desde los años setenta. En segundo lugar, el modelo asume una disminución de la producción anual proporcional a la diferencia entre la cantidad del petróleo ya producida (la producción acumulada) y las reservas totales recuperables. Esto es plausible (al menos en el caso del petróleo) ya que la producción de la última cantidad de petróleo costará mayor esfuerzo que la producción de la primera. Ambas suposiciones combinadas conducen al modelo logístico.

El otro requisito señalado fue la disponibilidad de una base de datos amplia y confiable. El banco de datos petroleros más importante del mundo el cual es consultado por muchos gobiernos e incluso el organismo, Geological Survey de Estados Unidos (USGS), es el de los Petroconsultants en Ginebra, Suiza. Un nuevo análisis de la producción petrolera de diferentes regiones usando un refinamiento del modelo original de Hubbert realizado por los investigadores C.J. Campbell y J.H. Laherrère, de Petroconsultants, revela la validez del modelo logístico a nivel mundial. La restricción deliberada de la producción en los países del Golfo Pérsico así como los corrimientos relativos de las curvas de producción de las diferentes regiones pueden incorporarse en el modelo con la conclusión presentada en la Figura 1. Según Campbell & Laherrère el máximo de la producción mundial del petróleo se alcanzará alrededor de los años 2005 a 2010. De ahí en adelante la demanda de este combustible superará la oferta, con las consecuencias obvias para el precio.


Figura 1. Evolución de la producción de petróleo en diferentes regiones y a nivel mundial junto con las proyecciones derivadas del modelo de Hubbert modificado. Fuente: Campbell & Laherrère [2]. El diagrama se tomó de la referencia [5].

3. Descubrimientos de nuevos yacimientos y los campos "gigantes"
Aparte de la evidencia presentada, existen otras metodologías para anticipar la futura escasez del petróleo, por ejemplo, a través del análisis de la tasa anual de descubrimientos de yacimientos petroleros y por medio del análisis de la distribución de los tamaños de los campos petroleros en función del tiempo [2]. Aquí consideraremos solamente el primer punto.

Aunque en la opinión pública prevalece la idea de que las reservas identificadas no solamente no decrecen sino aumentan, la realidad es otra: La mayoría del petróleo producido hoy en día proviene de campos petroleros descubiertos antes de la primera crisis de los petroprecios en 1973 [2]. El máximo de la tasa anual de descubrimientos ocurrió en 1962 cuando 40 mil millones de barriles de petróleo (bbo) fueron descubiertos, en comparación con los 10 bbo en 1990. En 1997 esta tasa ya bajó a seis bbo anuales; aproximadamente cuatro barriles son consumidos en la actualidad por cada barril hallado en reservas.

Es importante señalar que un 75% del petróleo producido actualmente proviene de tan sólo 360 campos petroleros "gigantes" (campos con reservas de más de 500 millones de barriles, equivalente a aproximadamente 26 días de consumo de Estados Unidos) [5]. Sin embargo, pocos de estos campos gigantes se han descubierto en las últimas dos décadas. Estos campos, por su naturaleza, son los primeros en encontrarse. El hecho que inclusive con tecnología de exploración significativamente mejorada (como técnicas sísmicas en tres dimensiones) se han encontrado pocos campos gigantes, nos hace dudar que nuevos descubrimientos significativos estén por hacerse todavía

Figura 2. Tasa de descubrimientos de petróleo crudo en reservas de 1910 a 1990. Se observa claramente un patrón en forma de campana. Los datos desplegados son promedios de cada década. [6]

 

4. El crecimiento ficticio de las reservas del petróleo
Es muy común encontrar la convicción que las reservas mundiales están todavía en aumento, muchas veces por parte de analistas económicos o el público en general que se basa en esas afirmaciones. ¿A qué se debe esta (falsa) impresión? Existen dos razones principales. Primeramente, el tamaño de un pozo o un campo petrolero nuevo se determina mediante una estimación probabilística; valores comunes son p90, p50 o p10, quieren decir los tamaños estimados con una probabilidad mayor que 90, 50 ó 10%, respectivamente. Por definición, existe una probabilidad de 90% de encontrar más petróleo de lo que indica el valor p90 por lo cual no sorprende que en muchas ocasiones la cantidad de petróleo hallado supera la cantidad estimada originalmente [2]. Las compañías petroleras corrigen esta diferencia pero la contabilizan en el año de su detección, no en el año del primer descubrimiento. Esto da la falsa impresión (al menos a personas no especialistas) que las reservas crecieron repentinamente [2]. La diferencia entre la reservas reportadas oficialmente con las refechadas se aprecia en la figura 3.


Figura 3. Reservas mundiales reportadas por fuentes oficiales vs. tiempo y las mismas reservas refechadas en su año de descubrimiento original. Se observa que los datos oficiales (no corregidos) sugieren un aumento ficticio, mientras que los datos refechados (con la asignación del año del descubrimiento correcto) muestran un máximo de las reservas alrededor del año 1980. [2]

La segunda razón de esta impresión es más crítica, ya que se debe a una evaluación política más que técnica. Muchos de los gobiernos de los países productores de crudo tienen un interés político y económico en comprobar altos inventarios; esto puede haber sido la razón para la dramática reevaluación de sus reservas por parte de varios miembros de la OPEP entre 1984 y 1989, cuando las reservas de estos países "crecieron" de un año al otro por más de 100%, sin que hubieran presentado nuevos descubrimientos siginificativos. [2, 6].

5. El Gas y el Carbón
5.1 La situación del gas natural
El gas natural, después de muchas décadas de haberse quemado en mecheros encima de los pozos petroleros, hoy en día se considera el combustible "ideal", debido a su uso en plantas generadoras altamente eficientes, conocidas como de ciclo combinado, además de provocar emisiones menores a la atmósfera. Esta es la razón por lo cual tanto los Estados Unidos como México basan la expansión de sus sectores eléctricos casi exclusivamente en gas natural como combustible. Desafortunadamente, sólo el 5% de las reservas mundiales del gas se encuentra en Norteamérica / México por lo cual una verdadera escasez de este combustible en México puede presentarse dentro de pocos años. A diferencias del petróleo (líquido) el gas natural requiere de gasoductos para su transporte lo cual ha conducido a mercados regionales, no globales.
Un pronóstico exacto para la duración del gas natural en México se dificulta un poco más, debido a dos razones: (1) Muchas veces el gas no se contabiliza aparte, sino a través de "equivalentes de petróleo", (2) la curva de producción no tiene la forma logística ya que el gas fluye del pozo casi con el mismo caudal hasta poco antes del agotamiento.
Sin embargo, aún con esta incertidumbre es importante señalar que el gas natural debe de considerarse un recurso escaso cuyo aprovechamiento debería de realizarse con la más alta eficiencia posible.

5.2 La importancia del carbón
Sin lugar a dudas, el carbón es la fuente fósil con mayores reservas en el mundo. Grandes reservas se encuentran en Rusia, Estados Unidos, China, Europa Occidental y otros; desafortunadamente, México no cuenta con reservas importantes de carbón. Actualmente, el carbón suministra el 26% de la energía primaria consumida en el mundo [7].
Tanto la minería como la combustión del carbón provoca mayores impactos ambientales; en la minería prevalece hoy en día la minería superficial ("strip mining") la cual devasta regiones enteras. En pocas regiones del mundo se toma la precaución de rehabilitar las áreas afectadas. La combustión del carbón es considerablemente más sucia que del petróleo y sobre todo del gas natural; la minimización del impacto ambiental requiere de fuertes inversiones adicionales.

6. Fuentes alternas no renovables
Muchas veces se transmite la impresión que el petróleo y el gas natural pueden ser sustituidos fácilmente por llamadas "fuentes fósiles no convencionales". Esta impresión está equivocada. Aunque existen otros recursos fósiles, probablemente en cantidades importantes, las mayorías de ellos nunca se convertirán en reservas útiles o podrán jugar un papel solamente marginal. Argumentos importantes son el difícil acceso, el enorme impacto ambiental provocado por su uso y la cantidad de energía requerida para la explotación. Discutiremos dos de las opciones.

6.1 Arenas petrolíferas (oilsands, tarsands)
Estos depósitos se pueden considerar campos petroleros antiguos los cuales migraron hacia la superficie formándose una mezcla de arena con crudo. Los depósitos más grandes se encuentran en la provincia de Alberta, Canadá con un contenido de crudo estimado entre 870 y 1300 bbo, sin embargo solamente 300bbo se consideran recuperables y tan solamente 4 bbo podrán recuperarse a las condiciones económicas actuales [7]. Existen dos plantas de procesamiento en el lugar con una producción de 280,000 barriles diarios; el petróleo se recupera mediante un proceso de flotación sobre agua el cual obviamente consume grandes cantidades de agua. Las circunstancias de operación del lugar son difíciles, debido a las condiciones climáticas adversas. A la fecha se requieren tres barriles de petróleo crudo para producir un barril a partir de las arenas por lo cual el proceso no tiene ningún sentido energético. [7] No está claro si este cociente puede reducirse significativamente en el futuro.

6.2 Yacimientos de petróleo inmaduro ("Oil Shale")
En muchas estadísticas aparecen números impresionantes relacionados con las reservas "no convencionales" de petróleo, en particular el "Oil Shale". En el estado de Utah (EE.UU) se estiman reservas de más de 500 bbo cuya explotación se ha intentado desde los inicios del siglo 20. El proceso de recuperación es extremadamente complicado, consume cantidades importantes de calor auxiliar así como cantidades enormes de agua, además de producir montañas de residuos. Hasta la fecha no existe una tecnología que podría hacer uso de este recurso a un costo energético, económico y ambiental aceptable.

7. Hacia un futuro limpio: Las fuentes renovables de energía
Hoy en día ya contamos con una serie de tecnologías muy avanzadas para el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía. La lista de las opciones va desde técnicas ya muy conocidas, como las hidroeléctricas, hasta tecnologías más recientes, como la eólica, que ha tenido un auge impresionante, sobre todo en Europa, con tasas de crecimiento del orden de 30% al año. Debido al espacio reducido no podremos en esta ocasión discutir a detalle las diferentes opciones que existen pero resumiremos algunas de las observaciones más importantes:

(i) La oferta energética disponible a través de técnicas solares bien probadas es suficiente para satisfacer las demandas energéticas actuales del mundo y permitirá incluso un cierto crecimiento del consumo. Algunas de las técnicas disponibles son el uso térmico para calentamiento, el uso de la radiación solar concentrada para la generación de electricidad, la generación directa de electricidad a través de celdas fotovoltaicas, la energía eólica y las diferentes opciones para el uso de biomasa.

(ii) Algunas de las opciones tienen todavía un costo económico elevado, sobre todo las celdas fotovoltaicas, mientras que otras –como la energía eólica en sitios buenos– ya están en el umbral de la competitividad económica, esto sin siquiera considerar el costo económico del impacto ambiental de las técnicas convencionales. Con los precios de los combustibles fósiles en aumento la rentabilidad económica de las fuentes renovables sigue aumentando considerablemente.

El fin del petróleo barato obligará a las sociedades a buscar nuevas alternativas para el desarrollo socio-económico. Las fuentes renovables ofrecen una excelente opción para ello ya que no solamente nos proporcionan energía limpia y no agotable sino también se acoplan muy bien a las necesidades de desarrollo regional requeridas en América Latina.


Referencias.

[1] Gordon Aubrecht, Energy, Merrill Publishing Company, 1989.
[2] Colin J. Campbell, Jean H. Laherrère, “The End of Cheap Oil”, Scientific American, Marzo de 1998.
[3] World Resource Institute, http://www.wri.org/wri/climate/finitoil/productn.html
[4] J.H.Laherrère, “Upstream potential of the Middle East in the world context, Oil and Gas Project Finance in the Middle East” IBC Dubai May 12-13, 1996. (http://www.hubbertpeak.com/laherrere/ibc.htm)
[5] B.J. Fleay, “Climaxing Oil: How will transport adapt?”. Chartered Institute of Transport in Australia National Symposium, Launceston Tasmania 6-7 November 1998 (http://wwwistp.murdoch.edu.au/OilFleay/climaxingoil.html#7.2)
[6] Bruce Thomson, www.egroups.com/group/RunningOnEmpty
[7] Walter Youngquist, “Geodestinies. The inevitable control of Earth resources over nations and individuals.” National Book Company, Portland, Oregon, USA, 1997.