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Combustibles renovables
# Presentación
El TSC de combustibles renovables emprende y facilita la investigación sobre las posibles opciones de combustibles renovables para la descarbonización profunda de toda la economía. El concepto de combustibles renovables abarca muchas fuentes de energía, tecnologías de conversión y usos finales posibles (Figura 14). Este TSC se centra en las materias primas biogénicas renovables sólidas y residuales, y realiza investigaciones relacionadas con la producción potencial de las AEC. Esto incluye la investigación relacionada con la producción y conversión de la materia prima, la producción de gas natural renovable (GNR) y la producción de biocombustibles (por ejemplo, etanol, metanol, combustibles de sustitución de hidrocarburos). Se evaluarán múltiples vías y tecnologías de conversión que incluyen, entre otras, rutas biológicas, bioquímicas y termoquímicas para producir combustibles renovables.
Se espera que los combustibles renovables, como los biocombustibles y el GNR, desempeñen un papel importante en la descarbonización de las necesidades de transporte y calefacción. La Agencia Internacional de la Energía (IEA) calcula que la producción mundial de biocombustibles en 2018 fue de 154 mil millones de litros y se espera que aumente un 25 % en los próximos 5 años. En los EE. UU., se produjeron aproximadamente 15,8 mil millones de galones de etanol y 1,7 mil millones de galones de biodiésel en 2019 (IEA, 2019c). Del mismo modo, la IEA calcula que la producción mundial de biogás y biometano fue de 35 millones de toneladas de equivalentes de petróleo en 2018, pero el potencial según la disponibilidad de materias primas sostenibles fue de 730 millones de toneladas de equivalentes de petróleo, lo que demuestra un importante potencial técnico para el GNR (IEA, 2020e). En un estudio reciente de los Estados Unidos también se ha calculado que el potencial técnico del GNR es de hasta 13 963 billones de BTU para 2040, con el potencial de reducir las emisiones de GEI en 235 MMt (AGF, 2019). La LCRI ya trabaja en la elaboración de cálculos sobre el suministro de biomasa agrícola y forestal de los EE. UU., así como de los suministros de GNR.
# Preguntas clave de la investigación
Existen muchas posibilidades de producir combustibles renovables en cuanto a combinaciones de materias primas, tecnologías de conversión, productos energéticos, aplicaciones de uso final y logística. Para fundamentar los objetivos del TSC, se explora el panorama de posibilidades mediante una serie de preguntas de investigación, cada una de las cuales proporciona una visión esencial relacionada con los elementos individuales y las perspectivas integradas de las vías potenciales para los combustibles renovables (Figura 15).
Durante el transcurso de la LCRI, el TSC pretende abordar las siguientes preguntas de investigación.
¿Qué tipos y cantidades de suministros de materias primas combustibles renovables están disponibles y cuáles son las consecuencias potenciales (medioambientales, sociales y económicas) de la producción de las materias primas?
¿Cuáles son las opciones para la manipulación de las materias primas, como el tratamiento o la mejora, el almacenamiento y el transporte, y cómo podrían afectar al suministro de combustibles renovables?
¿Cuáles son las opciones de las tecnologías de conversión de energía: sólidos, líquidos, electricidad, hidrógeno y calor?
¿Cuáles son las vías operativas alternativas y los impactos relacionados con la logística posterior a la conversión, como el transporte, la distribución y el almacenamiento de los combustibles renovables?
¿Cuáles son las opciones tecnológicas y de infraestructura y las demandas de servicios para los usos finales/servicios que utilizan combustibles renovables?
¿Cuáles son las opciones de diseño de políticas y las consecuencias para los combustibles renovables (por ejemplo, la consideración de las emisiones biogénicas)?
¿Cuáles son las interacciones entre los elementos individuales anteriores y las consecuencias para las vías potenciales?
¿Qué rol tendrían los combustibles renovables en el sistema energético más amplio y cuáles son las opciones para su integración?
# Esfuerzos de la investigación
El TSC de combustibles renovables ha organizado el plan de investigación en torno a los siguientes objetivos de investigación:
Determinar el rol potencial de los combustibles renovables para contribuir a profundizar la descarbonización en todos los sectores de la economía energética para mediados de siglo.
Identificar oportunidades, dificultades y riesgos (por ejemplo, las actividades de I+D+D, los impactos en las políticas, los impactos para el mercado) para facilitar el aumento del uso de combustibles renovables en un futuro con bajas emisiones de carbono.
Realizar investigaciones y demostraciones en respaldo de las tecnologías de combustibles renovables fundamentales.
Para cada uno de los tres objetivos, se han definido metas, estrategias y acciones específicas que abordan las preguntas de investigación anteriores explorando las diversas áreas de investigación relevantes para los combustibles renovables. Las metas 1 a 3 respaldan el primer objetivo de la investigación, mientras que las metas 4 y 5 respaldan los objetivos de investigación segundo y tercero, respectivamente.
# Meta 1: Evaluar el potencial de suministro de la materia prima para los combustibles renovables
Estrategia 1: Evaluar el suministro de materias primas y sus consecuencias (medioambientales, sociales y económicas)
Acción: Calcular las consecuencias y el potencial de suministro de materias primas agrícolas y forestales.
Acción: Calcular las implicaciones y el potencial de suministro de materias primas residuales (por ejemplo, vertederos, alimentos, aguas residuales).
Acción: Calcular el potencial de suministro de GNR.
Acción: Analizar las consecuencias del suministro de materias primas de las alternativas de consideración de las emisiones biogénicas y las posibles limitaciones de la política de materias primas.
Acción: Resumir los resultados e identificar las brechas de conocimiento.
Estrategia 2: Evaluar las alternativas de logística en la gestión de materias primas
- Acción: Caracterizar las alternativas de logística en la gestión de las materias primas (por ejemplo, las combinaciones de tratamiento y mejora, almacenamiento y transporte), las limitaciones, las oportunidades y las posibles consecuencias de la vía y suministro de la materia prima.
# Meta 2: Caracterizar las opciones y vías tecnológicas de conversión y demanda de los combustibles renovables
Estrategia 1: Evaluar las opciones tecnológicas de conversión de energía (emergentes y existentes)
Acción: Identificar las tecnologías de conversión emergentes y existentes.
Acción: Calcular el coste, el rendimiento y las características medioambientales de los sistemas de conversión alternativos para las aplicaciones de materias primas renovables sólidas, líquidas, eléctricas, de hidrógeno y de calor.
Acción: Evaluar la preparación tecnológica de los sistemas de conversión alternativos.
Acción: Identificar las oportunidades de I+D para promover las tecnologías de conversión y las vías potenciales.
Estrategia 2: Evaluar la logística posterior a la conversión
Acción: Caracterizar las alternativas logísticas de transporte, almacenamiento y distribución posteriores a la conversión y las posibles implicaciones del suministro de combustibles renovables, incluida la evaluación de las oportunidades de utilizar la infraestructura existente.
Acción: Identificar las oportunidades de I+D para promover los sistemas de logística y las vías potenciales.
Estrategia 3: Evaluar las tecnologías de usos finales/servicios, los requisitos de infraestructura y las posibles demandas de servicios.
- Acción: Caracterizar las potenciales tecnologías de usos finales/servicios, los requisitos de infraestructura, las posibles demandas de servicios y las potenciales consecuencias del suministro del combustible renovable.
Estrategia 4: Evaluar los problemas de ubicación de las instalaciones de conversión con respecto a las materias primas y la infraestructura de distribución de combustibles renovables
# Meta 3: Evaluar el potencial de penetración de los combustibles renovables en el mercado
Estrategia 1: Con los análisis de las metas 1 y 2, y las ideas preliminares de la estrategia que se exponen a continuación, caracterizar y evaluar las opciones de las posibles vías desde la materia prima hasta el uso final (por ejemplo, vías posibles, características, limitaciones y oportunidades de I+D)
- Acción: Caracterizar las vías potenciales de los combustibles renovables desde la materia prima hasta el usuario final y las interacciones, alternativas y limitaciones de cada vía.
Estrategia 2: Evaluar la implementación de los combustibles renovables en el futuro de los sistemas integrados de energía con bajas emisiones de carbono
- Acción: Calcular la utilización rentable de combustibles renovables en posibles sistemas de energía futuros con bajas emisiones de carbono.
# Meta 4: Identificar oportunidades, dificultades y riesgos (por ejemplo, de I+D+D, de políticas), para el aumento del uso de combustibles renovables en un futuro con bajas emisiones de carbono.
Estrategia 1: Evaluar oportunidades, dificultades y riesgos para el aumento del uso de combustibles renovables
- Acción: Evaluar oportunidades, dificultades y riesgos en función del suministro de materias primas, la tecnología y la demanda de combustibles renovables y la investigación integrada que se mencionó con anterioridad.
# Meta 5: Identificar los proyectos de investigaciones y demostraciones en respaldo de las tecnologías clave de combustibles renovables
Estrategia 1: Identificar proyectos prioritarios
Acción: Aprovechar la investigación en respaldo de los objetivos 1 y 2 del TSC y de toda la LCRI para identificar los proyectos prioritarios de investigación y demostración de combustibles renovables.
Acción: Llevar a cabo una selección de proyectos prioritarios en la medida de lo posible.
# Papel previsto de la LCRI en el desarrollo tecnológico
Habitualmente, el TSC evalúa el panorama de las tecnologías comerciales y en desarrollo que sean importantes para los objetivos de la investigación. El TSC ha organizado las tecnologías según el papel previsto de la LCRI en el desarrollo tecnológico (consulte la figura 16). El TSC trata de equilibrar muchas consideraciones a la hora de elegir el nivel de actividad previsto. Entre estas consideraciones se encuentran el período de implementación previsto, el nivel de esfuerzo, el enfoque y la inversión de otras organizaciones o iniciativas que tienen objetivos similares, el papel potencial de apoyo a diversas industrias o sectores en las estrategias de descarbonización y la cantidad de información relevante disponible para realizar análisis exhaustivos, entre otras. Durante la iniciativa, el TSC pretende actualizar estas posiciones con base en los resultados de la investigación de las actividades en curso del TSC y en los resultados de la modelización de la economía energética producidos por el TSC de análisis del sistema integrado de energía.
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# Áreas de investigación conjuntas con otros subcomités técnicos
La siguiente lista resume las áreas en las que será necesaria la investigación conjunta con actividades de otros TSC y la integración de sus actividades.
La evaluación de las opciones tecnológicas de conversión de energía (emergentes y existentes) se llevará a cabo en colaboración con los TSC de electrólisis e hidrocarburos, y con la iniciativa de coste y rendimiento de la tecnología.
La evaluación de la logística posterior a la conversión se realizará junto con el TSC de almacenamiento y distribución.
La evaluación de las tecnologías de usos finales/servicios, de los requisitos de infraestructura y las posibles demandas de servicios se realizará en colaboración con el TSC de uso final.
La evaluación de la implementación de los combustibles renovables (RF) en el futuro de los sistemas integrados de energía con bajas emisiones de carbono se llevará a cabo en colaboración con el TSC de análisis integrado de la energía.
La evaluación de oportunidades, dificultades y riesgos para el aumento del uso de combustibles renovables se realizará en colaboración con otros TSC, como el de impacto de seguridad y medioambiental.
La identificación de proyectos prioritarios se llevará a cabo en colaboración con los demás TSC.