Desde a sua fundação em 1973, um objetivo fundamental da IEA tem sido a coordenação de respostas globais às crises energéticas. Com a crise climática em curso, os cenários WEO da IEA tornou-se o porta-estandarte para as projeções globais de energia, particularmente o recém-introduzido cenário Net-Zero Emissions by 2050 (NZE) publicado pela primeira vez em 2021, na missão da IEA de ajudar os países a fornecer energia segura e sustentável para todos. Uma nova pesquisa da LUT University examina as projeções nas perspectivas, representando as condições usuais e normativas, visando níveis mais altos de cenários de sustentabilidade, em todos os WEOs publicados de 1993 a 2022. O estudo, intitulado “Paving the way towards a sustainable future or lagging behind? An ex-post analysis of the International Energy Agency’s World Energy Outlook“, foi publicada na revista científica Renewable and Sustainable Energy Reviews.
A análise indica que, embora as projeções para indicadores de nível superior, como a demanda de energia primária e final, tenham sido amplamente precisas, as projeções para o crescimento da energia renovável em todos os WEOs subestimaram amplamente o crescimento sem precedentes da eletricidade renovável variável, especialmente a energia solar fotovoltaica, uma descoberta confirmada por Auke Hoekstra em 2019. A maior capacidade solar fotovoltaica relatada é do cenário WEO NZE de 2022 em 15,5 TW até 2050, correspondendo a cerca de 27.000 TWh de geração de eletricidade. Embora esses valores estejam dentro da faixa da literatura publicada sobre energia 100% renovável, eles correspondem a apenas 18% da demanda total de energia primária.
Além disso, a eletricidade renovável fornece apenas 40% da energia primária. Por outro lado, pesquisas anteriores da LUT University encontraram uma capacidade solar fotovoltaica instalada global de 63,4 TW, com a geração de eletricidade solar fotovoltaica em 69% da demanda total de energia primária e toda a geração de eletricidade renovável primária em 87%. Essa descoberta fundamental foi posteriormente adotada pela comunidade solar fotovoltaica internacional e também é monitorada pelo International Technology Roadmap for PV.
Imagem: LUT University
As instalações solares fotovoltaicas anuais destacam ainda mais as subestimativas do crescimento da energia solar fotovoltaica, já que as adições anuais atingem o pico no cenário NZE de 2022 em 657 GW/ano em 2040, antes de diminuir em 2050. Essa taxa máxima de instalação solar fotovoltaica está apenas ligeiramente acima da capacidade total instalada em 2024, de 593 GW. Dado o rápido crescimento e o baixo custo da energia solar fotovoltaica, os mercados globais de energia fotovoltaica podem atingir 1 TW/ano entre 2025 e 2030 e podem chegar a 3 TW/ano no decorrer da década de 2030, muito além do que a AIE projetou. A questão então se torna: por que mesmo os cenários mais ambiciosos da AIE levam à eletrificação renovável limitada e ao crescimento da energia solar fotovoltaica?
Imagem: LUT University
Um inquilino central da pesquisa de transição do sistema de energia renovável é a eletrificação em todo o sistema. Os resultados indicam que a participação da eletricidade na demanda final de energia atinge 49-52%, o que está amplamente alinhado com a eletrificação das demandas de calor e transporte rodoviário por meio de veículos elétricos a bateria e o valor do carregamento inteligente de veículos elétricos e suas oportunidades de veículo para rede. A integração de bombas de calor é essencial para a eletrificação do aquecimento, e o cenário NZE de 2022 projeta que 52% da demanda de aquecimento de edifícios pode ser coberta por 6,1 TW de bombas de calor.
A eletrificação direta parece ser suficientemente considerada no NZE de 2022; no entanto, isso não é suficiente para a desfossilização em todo o sistema, pois os 40-50% restantes da demanda final de energia exigirão hidrogênio e combustíveis à base de hidrogênio para calor de alta temperatura, transporte marítimo e aviação de longa distância e matérias-primas nas indústrias siderúrgica e química. A demanda de combustível e matéria-prima no cenário NZE de 2022 parece estar amplamente coberta por bioenergia e óleo fóssil. No entanto, descobriu-se que as rotas power-to-X usando hidrogênio à base de eletricidade são capazes de desfossilizar as demandas de combustível usando líquidos e-Fischer-Tropsch e e-amônia. O e-metanol e a e-amônia também serão fundamentais para a indústria desfossilizar matérias-primas químicas com o e-hidrogênio para desfossilizar a produção de aço primária e apoiar outras indústrias intensivas em energia.
Essas rotas power-to-X, no entanto, exigem uma entrada de eletricidade renovável de baixo custo para serem economicamente viáveis. Por sua vez, os sistemas globais de energia ganharão uma quantidade significativa de flexibilidade, pois os eletrolisadores podem ser operados à medida que o excesso de eletricidade renovável estiver disponível, reduzindo as quantidades de eletricidade que precisarão ser equilibradas pelo armazenamento. A falta de penetração do power-to-X nos cenários normativos do WEO pode ser um fator que limita o crescimento da energia solar fotovoltaica. Embora a produção de hidrogênio no NZE de 2022 atinja cerca de 12.000 TWhH2,LHV, apenas 41% são usados como intermediário para conversão de energia em X, e 27% do suprimento de hidrogênio é hidrogênio azul baseado em combustíveis fósseis.
Sem flexibilidade da demanda do sistema de energia, o equilíbrio da eletricidade renovável variável terá que vir do armazenamento, principalmente do armazenamento de bateria. A capacidade de armazenamento da bateria está disponível nos WEOs mais recentes, com o NZE 2022 projetando 3,9 TW até 2050. Pesquisas anteriores da LUT University descobriram que, até 2050, a capacidade total da bateria pode chegar a mais de 13,5 TW. A investigação sobre o modelo usado para o WEO sugere que apenas o armazenamento de bateria em escala de utilidade está incluído, mas as baterias prosumer distribuídas e as conexões veículo-rede podem fornecer armazenamento distribuído barato para combinar o fornecimento de eletricidade renovável com a demanda.
Todos esses fatores contribuem para que os futuros sistemas de energia sejam capazes de acomodar altas parcelas de energia fotovoltaica e eólica e podem apoiar o desenvolvimento de uma economia Power-to-X maior. As grandes reduções de custos da energia solar fotovoltaica favorecem amplamente as regiões ricas em sol, onde a maioria do crescimento da demanda pode ser esperada. No Paquistão, uma “Blitz Solar” está ocorrendo e pode ser um exemplo global de como as economias em desenvolvimento podem instalar rapidamente eletricidade renovável para descarbonizar seus suprimentos de eletricidade e ultrapassar a intensidade de carbono comumente entendida associada ao crescimento econômico
Uma mudança semelhante pode ser observada na Etiópia, à medida que os veículos elétricos baseados em bateria estão sendo rapidamente adotados.
Se as mudanças globais podem ocorrer rapidamente com força de vontade social suficiente, por que a AIE não deveria inspirar os tomadores de decisão globais com cenários técnica e economicamente viáveis que representem o melhor cenário para a estabilidade climática de longo prazo – um fornecimento de energia totalmente renovável até 2050 com os enormes benefícios da energia solar fotovoltaica, energia eólica, outras energias renováveis, baterias, veículos elétricos, bombas de calor e combustíveis à base de eletricidade entre tecnologias altamente relevantes para a economia Power-to-X emergente?
Autores: Gabriel Lopez, Dominik Keiner e Christian Breyer
Este artigo faz parte de uma coluna mensal da LUT University.
A pesquisa na LUT University abrange várias análises relacionadas a opções de energia, calor, transporte, dessalinização e emissão negativa de CO2. A pesquisa Power-to-X é um tópico central na universidade, integrado às áreas de foco de Energia, Ar, Água e Negócios e Sociedade. A energia solar desempenha um papel fundamental em todos os aspectos da pesquisa.
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