Resumen:
Con datos de cuentas nacionales del DANE, del balance energético de la UPME y un modelo de simulación construido con dinámica de sistema se realizan proyecciones de producción nacional, energética y emisiones para una Colombia sin hidrocarburos para 2030 activando otros sectores productivos. Como objetivos específicos se pretende (1) realizar proyecciones de cambios en la estructura económica de Colombia y (2) de emisiones atmosféricas para Colombia de acuerdo a la tendencia en declive de la producción de hidrocarburos. Se proyecta una mayor tercerización de la economía, una reducción de la intensificación energética y una reducción en las emisiones atmosféricas debido a la menor producción y consumo de combustibles fósiles proyectada. Aunque los hidrocarburos se siguen produciendo esto ocurre a niveles más bajos mientras la economía se va acoplando de acuerdo a las tendencias de crecimiento económico y poblacional actual.
Introducción
Con el Acuerdo de Paris de 2015 los países firmantes se comprometieron a considerar sus aportes a la meta global de reducción de gases efecto invernado y revisar sus metas cada 5 años (Naciones Unidas, 2015). De esta forma los países han definido diferentes estrategias para cumplir con las metas propuestas y asegurar un desarrollo económico sostenible (Xiao et al, 2016; Kazemi y Hosseinzadeh, 2016). Entre las estrategias planteadas esta la eficiencia energética (Ziemele et al, 2017; Arroyo y Miguel, 2020), el uso de energías renovables (Robalino-López et al, 2014, Kassim y Abdurrahman, 2020) y el control de la urbanización (ChaoLin et al, 2017; Wu y Ning, 2018; Gu et al, 2020), entre otras.
Haciendo la revisión de literatura se encuentran muchos estudios concentrados en la reducción de emisiones atmosféricas analizando la relación entre la economía, el consumo de energía y emisiones. Pero existen países como Colombia que además se enfrentan al dilema de que su crecimiento económico depende de las rentas derivadas de la exportación de los hidrocarburos (Mashayekhi, 1998; Langarudi, 2013). Así encontramos el caso de los países del Medio Oriente como Irán (Kiani y Pourfakhraei, 2010; Kazemi y Hosseinzadeh, 2016; Bastan y Shakouri, 2018) y países de Latinoamérica como Ecuador (Bassi y Baer, 2009; Robalino-López et al, 2014; Arroyo y Miguel, 2020a, 2020b). Los análisis en estos países incluyen tanto la fuerte dependencia que tienen sus economías tanto a nivel de consumo como de ingresos percibidos por la producción de combustibles fósiles.
En particular Bastan y Shakouri (2018) utilizan el enfoque de dinámica de sistemas para modelar la dependencia energética de Irán y probar cuatro escenarios para reducir su dependencia con lo que recomiendan una estrategia combinada de reducción de demanda energética y aumento de las capacidades de energía renovable para poder reducir la dependencia energética y aumentar la seguridad energética. Para Ecuador Arroyo y Miguel (2020a) por medio de escenarios simulados prueban que con políticas internacionales de energía renovable se logrará el desarrollo energético sostenible. De esta forma aprovechando el potencial hídrico y las fuentes de energía solar, biomasa y eólica disponibles en el país reduciría sus emisiones CO2 previstas bajo condiciones actuales de consumo energético y que a largo plazo una mayor participación de energías renovables prevería una reducción del 31,5% de las emisiones.
Para Colombia se encuentran muy pocos estudios de simulación basados en dinámica de sistemas y enfocados en estudiar escenarios de energía y mitigación de cambio climático. Se destacan un estudio que evalúa las políticas para promover las inversiones en energía solar fotovoltaica en el sector residencial colombiano (Castañeda et al, 2018), un estudio que simula las emisiones de gases efecto invernadero para la Ciudad de Cartagena de Indias (Mena-Nieto et al, 2009) y una estimación de emisiones de gases efecto invernadero por parte de la ganadería bovina de la región del Valle del Cauca (Molina-Benavides et al, 2017)
Colombia contribuye con el 0,46 % de las emisiones globales, pero se prevé que sin tomar medidas su aporte aumentaría 50 % en 2030, por lo que se comprometió a reducir sus emisiones en 20 % a 2030 y en 30 % con cooperación internacional (García et al, 2016). Dado que Colombia es un país que tiene como fuente principal de energía la hidroeléctrica su contribución podría hacerla reduciendo su producción de hidrocarburos. Sin embargo, se cataloga inviable porque los ingresos del país dependen en gran medida de este sector (Villar et al, 2014; Briscoe et al, 2016).
De acuerdo con la Asociación Colombiana de Petróleos (ACP) el país podría dejar de depender del combustible fósil en dos escenarios: (1) Que la producción decline de manera progresiva y otros sectores crezcan en proporción, (2) otros sectores incrementen sus exportaciones y por ende su proporción, bajo la premisa de que el sector petrolero no crezca. De estos dos escenarios se cree que la segunda opción sería la más deseable. (Agencia Anadolu, 2018).
La producción de hidrocarburos en Colombia además de aportar a la emisión de gases efecto invernadero directamente, con la generación de metano en su proceso productivo, ha generado daños irreparables a los ecosistemas con los derrames que generan en su proceso de distribución (Miranda y Restrepo, 2005). Además de esto dado que los yacimientos de petróleo cada vez requieren procesos extractivos más ofensivos para su explotación, como por el ejemplo el aterrador fracking, no es descabellado pensar que al país le conviene apoyar otros sectores productivos como la agricultura, que por hoy está ganando transcendencia en términos de seguridad alimentaria.
El presente trabajo busca hacer proyecciones de variables claves de la economía de Colombia suponiendo que se decida depender de las rentas del petróleo en 2030, o reducir a esta fecha considerablemente la producción de hidrocarburos con el ideal de reducir emisiones atmosféricas y pensar en una economía que le apueste a la sostenibilidad ambiental sea posible. Esto, considerando alternativas como la activación de otros sectores productivos y la incorporación de energías alternativas.
El objetivo general de la investigación es construir un modelo de simulación con dinámica de sistemas que proyecte a Colombia sin petróleo en 2030 y su aporte a la reducción de su huella de carbono. Los objetivos específicos son dos: (1) realizar proyecciones de cambios en la estructura económica de Colombia y (2) realizar proyecciones de cambios en las emisiones atmosféricas de Colombia.
Este estudio tiene mucha relevancia actualmente ya que en el momento sigue habiendo mucha incertidumbre e incredulidad en las posibilidades que tiene Colombia para dejar de depender del petróleo y en la conversión de energías convencionales por energías alternativas, por lo tanto, con este modelo se espera mostrar las posibilidades que tiene el país para que un futuro no muy lejano pueda dejar de producir hidrocarburos, incentivar otros sectores productivos y reducir su contribución al calentamiento global.
El presente trabajo está organizado de la siguiente forma. Después de esta introducción se presenta el marco teórico sobre conceptos claves de cambio climático y fuentes de energía, le sigue el estado del arte con los estudios de caso que a nivel mundial han realizado simulaciones sobre políticas de energía y mitigación de cambio climático, en la siguiente sección se detalla la metodología, se continúa con la presentación de resultados y en finalmente se concluye.
Materiales y métodos
Datos
Para el desarrollo del presente trabajo se usan datos de agregados económicos para la valoración del Producto Interno Bruto (PIB) por el enfoque de la producción y por el de gasto registrados en Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE, 2020). De esta misma fuente también se extrae información demográfica, cuenta ambiental y económica de flujos de energía. Los datos de producción de energía por su parte provienen de la UPME (Unidad Administrativa Especial del orden Nacional) y de sus respectivos precios internacionales del Organismos Administrativo de Energía de Estados Unidos (EIA por su sigla en inglés).
Contexto del estudio
Colombia se caracteriza por tener una economía diversificada y posee un importante componente de servicios. Pero su principal producto de exportación es el petróleo, cuyas reservas estimadas son 1.665 millones de barriles en 2019 y las rentas derivadas de sus exportaciones han representado más del 20% de las exportaciones totales (ver Figura 1).
Figura 1 Participación de hidrocarburos en renta externa colombiana
La producción de energía primaria esta es dominada por los hidrocarburos petróleo, carbón y gas natural (ver Figura 2). Los principales generadores de gases efecto invernadero. Pero su uso es destinado a excepción del gas natural para la exportación y la generación de rentas derivadas de esta para la consecución de divisas que posibilitan la importación.
Figura 2 Producción de energía primaria en Colombia
Dinámica de Sistemas
El modelo de simulación para el presente estudio se construye bajo la técnica de dinámica de sistemas (Aracil, 1992; Sterman, 2000). En el proceso de construcción de modelos con dinámica de sistemas se distinguen tres fases: la conceptualización, la representación o formulación y la evaluación y análisis.
Para su aplicación se parte de un diagrama causal conformado por nodos que representan las variables y flechas que representan la relación entre las variables, las cuales pueden ser positivas (provoca un aumento) y negativas (provoca una disminución). Si las relaciones entre las variables generan un ciclo de retroalimentación que refuerza el cambio original, es un ciclo positivo o de refuerzo; si se opone al cambio original, es un bucle negativo o de equilibrio. El diagrama de niveles y flujos transforma las relaciones descriptivas en cuantitativas a través de ecuaciones diferenciales. Una variable de nivel se representa como una caja rectangular y una variable de flujo como una flecha que apunta hacia adentro o hacia afuera de una variable de nivel. Los niveles representan la acumulación de entradas y salidas en el tiempo que caracterizan el estado del sistema (ver Figura 3).
Figura 3 Representación y formulación Diagrama de niveles y flujos
Estructura del modelo
Para comprender la dependencia de Colombia de la producción de hidrocarburos es necesario conocer la composición sectorial de su Producto Interno Bruto (PIB). Así mismo, la intensidad de consumo de energías fósiles y energías renovables de los diferentes sectores económicos. Y finalmente la relación de este consumo energético con la emisión de Co2. Básicamente se trata de tres subsistemas que están interrelacionados subsistema económico, subsistema energía convencional, subsistema energía renovable. En las siguientes secciones se detallan sus relaciones.
Diagrama causal
La estructura de este modelo muestra la relación entre el sector económico, energético y ambiental donde las variables principales son el PIB, la demanda de energía y las emisiones atmosféricas. (ver Figura 4). Básicamente partimos de la trilogía economía, energía y medio ambiente, donde el crecimiento de la economía demanda más energía y al requerir mayor consumo de energía se generan emisiones atmosféricas. De esta forma se presenta un ciclo de retroalimentación de refuerzo.
Figura 4 Diagrama causal
Diagrama de flujo
En el Diagrama de flujo de la Figura 5 se presenta en detalle el modelo de simulación construido para realizar las proyecciones producción y consumo de fuentes de energía, aporte del comercio exterior de los combustibles fósiles a la economía, la emisión de CO2 y su impacto a la población.
Los tres submodulos (energético, económico, ambiental) que conforman el modelo son modelados teniendo en cuenta características de cambio estructural, intensidad energética y emisión de gases atmosféricos que se pueden evaluar.
Para el submodulo energético se tiene en cuenta el comportamiento dinámico de la producción de fuentes fósiles (petróleo, carbón, gas), la hidroenegía y otras fuentes no fósiles. Las cuales suman la oferta de energía primaria, esto teniendo en cuenta solo sus tendencias en tasas de crecimiento.
Figura 5 Diagrama de flujo
Pruebas de validación
Para asegurar la validez del modelo se aplican tres métodos: prueba de estructura directa, prueba de estructura y prueba de patrón de comportamiento. En estas se le dio prelación al patrón de las tendencias más que a la precisión de las simulaciones, de esta manera se observa si las trayectorias simuladas corresponden con la realidad de las tendencias actuales.
Resultados
Se presentan las proyecciones que siguen las tendencias actuales encontradas en los datos consultados sobre las variables económicas, energéticas y ambientales simuladas. Destacando el comportamiento de la producción y emisiones a partir de los tres hidrocarburos primarios de importancia para Colombia como el petróleo, el carbón y el gas natural.
Proyecciones Submodulo Energético
En la Figura 6 se presentan las proyecciones para el submodulo energético con lo relacionado con el comportamiento de 2000 a 2030 para fuentes primarias. Para estas proyecciones se tuvo en cuenta que las reservas probadas para el petróleo se prevé que duren para 6,2 años y las de gas natural para 9,8 años (Ministerio de Energía, 2019).
De acuerdo con las tendencias actuales se aprecia una reducción en la producción del gas natural a un ritmo lento debido al efecto positivo de los precios que contrarresta el efecto negativo de la tasa de crecimiento. Así mismo el comportamiento de la producción de petróleo en años recientes ha ido decreciendo y se espera que a pesar de las pocas reservas probadas se siga invirtiendo en este combustible, pero sin lograr un mayor crecimiento, al contrario, para 2030 se espera una caída considerable.
Para el carbón, aunque sus reservas probadas son suficientes para su producción de hasta 180 años (Fenalcarbón, 2019); de acuerdo a las tendencias actuales se espera que su extracción se vaya reduciendo a partir de 2025. Por su parte la energía provista por fuentes renovables de acuerdo a los comportamientos actuales se espera que siga creciendo y aumentando la oferta energética en Colombia.
Figura 6 Proyecciones submodulo energético – fuentes primarias
En la Figura 7 se presentan las proyecciones para el submodulo energético relacionado con el balance energético proyecto entre 2000 y 2030. Dado el crecimiento de la oferta energética por cuenta de energía renovable de acuerdo a los patrones actuales introducidos en el modelo se proyecta que las exportaciones de energía crecerán, las importaciones de energía se caerán y la brecha energética que es la diferencia entre la oferta y la demanda de energía se reducirá.
Figura 7 Proyecciones submodulo energético – balance energético
Proyecciones Submodulo Económico
En la Figura 8 se presentan las proyecciones para el submodulo económico con los principales sectores de la economía y valor agregado, agricultura, industria y servicios. En las proyecciones para el 2030 se observa una profundización de la economía hacia la tercerización, es decir que el sector industrial en los próximos años se proyecta que va a ir decreciendo y la economía se va a ir concentrando principalmente en el sector servicios. Por su parte, el sector de la agricultura también presenta una trayectoria de crecimiento que tiende a estabilizarse en el tiempo, esto es de esperar en un sector que tiene el uso del suelo como el limitante para su crecimiento.
Figura 8 Proyecciones submodulo económico – sectores
En la Figura 9 se presentan las proyecciones para el submodulo económico del PIB y su construcción a partir de la cuenta de gasto, es decir, consumo, gasto público, inversión, exportaciones e importaciones. Los rubros que presentan mayor crecimiento son el consumo y el gasto público, los cuales se encuentran ligados al crecimiento de la población mientras la inversión se ha introducido en el módulo de forma exógena.
Las cuentas de comercio exterior, importaciones y exportaciones, por su parte muestran una leve caída a largo plazo por lo que se prevé una internalización de la economía, dado que las importaciones requieren de la obtención de divisas para su consecución y con la reducción prevista en las exportaciones de combustibles fósiles. Por lo tanto, la internalización, es decir un mayor aprovechamiento de la demanda interna, sería la estrategia que tendría Colombia para seguir sosteniendo el crecimiento del PIB que tiene actualmente sin recurrir a un mayor endeudamiento exterior.
Figura 9 Proyecciones submodulo económico – PIB cuenta del gasto
Proyecciones Submodulo ambiental
En la Figura 10 se presentan las proyecciones para el submodulo ambiental correspondiente a las emisiones atmosféricas de gas carbónico. Para su estimación se han considerado las emisiones de CO2 de las 3 fuentes primarias de energía fósil provenientes del petróleo, gas natural y carbón mineral. De acuerdo a las proyecciones realizadas las emisiones de CO2 caen por cuenta de la caída en las emisiones de CO2 generadas por la producción y consumo interno del petróleo y del carbón.
Las emisiones de gas natural siguen creciendo levemente, aunque su producción haya caído porque de acuerdo con la información consultada recientemente se evidencia este patrón, que puede deberse a ineficiencias en la producción y distribución de gas natural.
Figura 10 Proyecciones submodulo ambiental – Emisiones CO2
Por ultimo en la Figura 11 se presentan las proyecciones para el submodulo ambiental de la identidad Kaya con la cual ser pueden estimar las emisiones de gas carbónico en la atmosfera. De acuerdo a las proyecciones con base en tendencias actuales la intensidad energética se reduciría, es decir se estaría consumiendo menos energía por PIB debido al consumo energético más reducido de sectores agrícola e industrial por la tercerización de la economía.
Así mismo dada la caída en la producción de petróleo y carbón se proyecta también la disminución en emisiones de CO2 debido a la menor intensidad de carbonización. Sin embargo, el crecimiento poblacional que demanda crecimiento del PIB y de esta forma activa este factor considerado en la identidad Kaya hace que la caída en emisiones no sea a igual ritmo que la de la intensificación de carbonización.
Figura 11 Proyecciones submodulo ambiental – Identidad Kaya
Discusión
Se construyó un modelo de simulación con dinámica de sistemas que permite realizar proyecciones de las variables claves de la economía, sector energético y emisiones atmosféricas hasta el 2030 de acuerdo a la información registrada en tendencias actuales.
El modelo permite proyectar tendencias de producción de energía fósil decrecientes dadas las tendencias que actualmente está arrojando la información consultada. Esto no afecta la provisión de energía eléctrica en Colombia dado que esta proviene principalmente de fuentes renovables, sin embargo, puede afectar sectores como el de transporte, no considerado en este estudio, el cual depende fuertemente de combustibles derivados de fuentes fósiles. Por eso la importancia de pensar en el acoplamiento de la economía a cambios progresivos en el sector energético.
Las proyecciones económicas permiten apreciar la profundización de la tercerización en la economía, es decir que el sector industrial en los próximos años se proyecta que va a ir decreciendo y la economía se va a ir concentrando principalmente en el sector servicios. El sector de la agricultura también presenta una trayectoria de crecimiento que tiende a estabilizarse en el tiempo, esto es de esperar en un sector que tiene el uso del suelo como el limitante para su crecimiento. Pero su aporte no se debe menospreciar porque Colombia es identificada como uno de los países con mayor potencial agrícola del mundo.
Las proyecciones de emisiones de CO2 generadas por el consumo de hidrocarburos presentan un decaimiento por cuenta de la caída en las emisiones de CO2 generadas por la producción y consumo interno del petróleo y del carbón. Aunque las de gas natural siguen creciendo levemente posiblemente por ineficiencia en su aprovechamiento. Existen sectores cruciales que aun dependen de los derivados del petróleo, pero se espera que dado el compromiso que a nivel mundial están tomando los países en su lucha por las reducciones de emisiones esta dependencia vaya disminuyendo.
Se espera para futuras investigaciones sobre el tema de hidrocarburos en Colombia construir un modelo que explore más las relaciones entre estos subsistemas claves para desarrollar escenarios que muestren un mayor detalle de los cambios estructurales en la economía y de inversión en otras fuentes de energía.
(*) Puede solicitar información más detallada de este trabajo a los autores
