un nuevo modelo del mundo que incluye datos sobre recursos energéticos y cambio climático

8/4/2019 Un nuevo modelo del mundo que incluye datos sobre recursos energticos y cambio climtico

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Un nuevo modelo del mundo que incluye datos sobre recursos energticos y cambio

climtico

Por Dolores Garca

Resumen:

Un modelo del mundo que extiende el modelo original World3 (Los lmites delcrecimiento) al incluir el cambio climtico y sus interacciones con la disponibilidad

de recursos energticos. Se obtienen resultados acerca del total de recursos

energticos, poblacin humana, alimentos, consumo de productos industriales,

actividad econmica y otros parmetros. Los resultados a largo plazo se obtienen

durante la secuencia de tiempo desde 1900 AD a 2100 AD, con decline en la

poblacin humana.

1. Introduccin

Quiz el modelo global ms conocido de todos es World3, popularizado en el libroLos

lmites del Crecimiento. Un informe para el Club de Roma. de Donella H. Meadows,Dennis L. Meadows, Jrgen Randers, y William W. Behrens III. He cogido algunas de

las ecuaciones de la ltima versin del modelo World3 (World3-03) y he aadido algunosdatos y lazos de realimentacin adicionales para reflejar parte de nuestros conocimientos

sobre cambio climtico y problemas energticos (no hay variables de energa en elmodelo original, lo ms aproximado es recursos no renovables). El objetivo es tener un

modelo que es ms til para el propsito de comprobar en teora distintas polticas quepodran aplicarse para resolver algunos de los desafos actuales a los que se enfrenta el

mundo, que estn todos enraizados en el hecho de que estamos alcanzando los lmites delcrecimiento.

2. Los problemas en su contexto ms amplio

Antes de describir los detalles del modelo que propongo, merece la pena preguntarse si el

ejercicio sirve para algo. Especficamente, hay dos preguntas que deben hacerse:1) Sirven para algo los modelos globales?2) Si los modelos globales pueden ser tiles, es adecuado usar las ecuaciones del

modelo World3 como base para un nuevo modelo?

Estas son mis respuestas personales a estas preguntas:

2.1. Sirven para algo los modelos globales?

Una de las crticas que se hicieron contra World3, que se ha repetido a menudo conotros modelos globales, es que hay tanta incertidumbre en tantas de las variables

relevantes, que el ejercicio de modelizacin no sirve de nada. Aunque es cierto quehay mucha incertidumbre, merece la pena recordar que la gente no deja de hacer

modelos del mundo por este motivo. Incluso si no hubiese ningn modelo del mundopor ordenador, la gente sigue teniendo modelos mentales, ideas aproximadas acerca

de en qu direccin va el mundo en muchos aspectos distintos. Y lo que es ms, lasdecisiones y polticas se basarn en esos modelos mentales. As que hay una


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justificacin muy vlida para cualquier intento de hacer esos modelos mentales tancorrectos como sea posible, con las herramientas de que disponemos. Un modelo de

ordenador que contenga los mejores datos disponibles y revisado por expertos esprobable que produzca una visin del futuro de mejor calidad que las intuiciones de

los polticos.

2.2. Si los modelos globales pueden ser tiles, es adecuado usar las ecuaciones

del modelo World3 como base para un nuevo modelo?

La modelizacin ha avanzado mucho desde el modelo original World3, y hay buenosargumentos para decir que aadir nuevas ecuaciones y variables a World3 no es

apropiado. Sin embargo, creo que este mtodo tiene varias ventajas, la principal quemuchos expertos ya han estudiado el modelo World3 y les resulta familiar, y sus

observaciones tambin pueden ser relevantes en un nuevo modelo que contengamuchas de las mismas ecuaciones.

3. El modelo propuesto3.1.Variables energticas

Las variables energticas estn claramente ausentes en World3. Lo ms aproximado auna variable energtica es recursos no renovables, que pretende incluir no slo los

combustibles fsiles, sino tambin minerales y otros recursos. Al considerar de qumanera incluir la energa en el modelo, eleg eliminar la variable recursos no

renovables, con el razonamiento de que, en un mundo de energa ilimitada, cualquiercompuesto qumico til como materia prima pero no como fuente de energa se

podra obtener fcilmente (si fuese necesario, los elementos que se encuentran enescasa cantidad en la Tierra se podran minar en otras partes del Sistema Solar, o

generar con las reacciones nucleares apropiadas). Los combustibles fsiles son losnicos autnticos recursos no renovables.

Para incorporar los problemas energticos en el Nuevo Modelo del Mundo, tuve que

crear tres nuevos conjuntos de ecuaciones: ecuaciones sobre el suministro de energa,ecuaciones sobre la demanda de energa, y ecuaciones sobre la asignacin de recursos

energticos. La mayora de los modelos que he visto modelan solamente la demandao el suministro de energa, pero esto es claramente insuficiente. Modelar la demanda

de energa y asumir que de alguna manera se satisfar ignora los importantesproblemas del agotamiento de combustibles fsiles. Modelar el suministro de energa

e ignorar la demanda no ayuda a juzgar la solidez de propuestas para sustituir el usode combustibles fsiles por electricidad limpia, que a menudo barren debajo de la

alfombra la cuestin de dnde puede venir la electricidad y las prdidas energticasde cualquier conversin de otras fuentes de energa a electricidad.

3.1.1. Modelizacin del suministro de energaPara modelar el suministro de energa, distingu siete tipos de fuentes de energa:carbn, petrleo, gas natural, energa nuclear, electricidad renovable, energa

trmica renovable y biomasa. Las distinciones se hicieron basadas en lasdiferencias entre ellas en cuanto a ser renovables y ser utilizables para diferentes


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tipos de demanda. Las fuentes de energa similares en ambos aspectos seagruparon juntas.

Las estimaciones acerca de las reservas ltimas de combustibles fsiles se

tomaron de Jean Laherrere. La produccin de combustibles fsiles se determina

mediante dos factores: demanda y posibilidad de suministro. Cuando es posiblesatisfacer la demanda, la produccin es igual a la demanda. Cuando la demandacae abruptamente, la produccin bajar pero mantendr algo de inercia. Cuando la

demanda sube, la produccin aumentar o no, dependiendo de la cantidad decombustible fsil restante. La ecuacin que determina el mximo aumento en

produccin de combustibles fsiles es:

Aumento de produccin = 0.2*(fraccin de combustible fsil restante-0.5)*produccin actual

Esto significa que al comienzo de la explotacin de un recurso energtico es

posible aumentar la produccin muy rpidamente, hasta un 10% al ao. Cuando lamitad de las reservas se han explotado, la produccin alcanza su mximo y no

puede seguir aumentando. Desde ese punto en adelante, la produccin siemprebaja.

Un aspecto importante de la modelizacin del suministro de energa fue calcular

el decline en TRE (Tasa de Retorno Energtico) de los recursos energticos norenovables. Los datos disponibles acerca de TRE son muy escasos, pero es un

concepto tan crucial para explicar lo que puede pasar en el futuro con las fuentesde energa que creo que un modelo sera incorrecto si no lo incluyese de alguna

manera. La fuente de energa que se ha estudiado ms para ver el decline de TREcon el tiempo es el petrleo. Los datos disponibles para el petrleo en los EEUU

son los siguientes (Charles Hall, 2008):

1930 Aprox. 100:11970 Aprox. 30:1

2000 Aprox. 11-18:1

Esto sugiere una relacin entre TRE y la fraccin de petrleo restante que esaproximadamente proporcional al cuadrado de la fraccin de petrleo restante:

TRE del petrleo = (fraccin de petrleo restante^2)*100

Una razn adicional para usar esta simple relacin es porque tiene la siguiente

propiedad: se necesita la misma cantidad de energa para extraer la primera mitaddel petrleo como se necesita para extraer la mitad del petrleo restante (un

cuarto), y as sucesivamente. Esto encaja bien con la idea intuitiva de decline deTRE.


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Sin embargo, los datos son demasiado limitados para decir que esta frmula semantiene verdadera con un grado aceptable de certeza, y la estoy usando

solamente como la mejor conjetura disponible. Los resultados del modelo sonsimilares si se usan otras funciones decrecientes.

Una vez se han calculado las TREs de todas las fuentes de energa, se usa lamedia ponderada para estimar la fraccin de capital industrial necesaria paraobtener energa. De nuevo esto es en parte especulacin, pero dos puntos son

conocidos: con una TRE de 1:1, se necesitara el 100% del capital industrial. ParaTREs altas, parece que se usa 5% del capital industrial (del modelo de

cortaqueso de Charles Hall, Robert Powers, and William Schoenberg, 2008). Los puntos intermedios se pueden estimar asumiendo que la fraccin de capital

industrial necesaria es aproximadamente proporcional a la cantidad de energanecesaria para la produccin de energa.

Grfico 3.1.1.1 Una seccin del diagrama de flujo de las ecuaciones usadas para

modelar el suministro de energa

3.1.2. Modelizacin de la demanda de energaUn factor que muchos modelos energticos parecen olvidar es que la gente no

demanda fuentes de energa tales como petrleo, energa nuclear o hidroelctrica.Lo que la gente demanda en realidad es electricidad, calefaccin y transporte.

La demanda de electricidad se calcula en el modelo como una funcin del PNB,

con los datos basados en datos histricos de consumo de electricidad de la Basede Datos Mundial de Indicadores del Desarrollo (World Development Indicators

Database). La demanda de calefaccin se estima como una constante de 400kg deequivalente de petrleo al ao per cpita. La demanda de transporte se calcula

como la suma de transporte de cargo y de pasajeros. No pude encontrar datosmundiales sobre transporte de cargo y de pasajeros, pero parece que tanto en los

EEUU como en la Unin Europea alrededor de un 25% del uso de energa paratransporte se usa para cargo y 75% para pasajeros. As que asum que la misma


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relacin se mantiene para el resto del mundo. El total de energa usado paratransporte se dedujo de los datos histricos de consumo de petrleo.

Grfico 3.1.2.1 Diagrama de flujo de las ecuaciones usadas para modelar la

demanda de energa.

3.1.3. Modelizacin de la asignacin de recursos energticosUna vez se ha calculado la demanda y el suministro, casarlos es un ejercicio no

trivial, como puede observar cualquiera que haya visto la combinacin de fuentes

de energa usadas para la produccin de electricidad de cualquier pas.

Hay dos ideas fundamentales que he usado para casar la demanda y el suministro:

1) Las fuerzas de mercado siguen la TRE: las fuentes de energa ms eficientesson tambin las ms rentables. Esto parece tener sentido intuitivamente pero

hay gente que lo disputa.2) Las compaas de energa son conservadoras: no comenzarn a reducir el uso

de una fuente de energa hasta que su TRE cae por debajo de la media de


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todas las fuentes de energa. Asimismo, la reduccin o aumento en el uso decualquier fuente de energa es gradual.

Mi modelo refleja con xito los cambios histricos en el uso de diferentes fuentes

de energa sin usar ms variables de entrada que la variacin de TRE con el

tiempo, lo que sugiere que el mtodo no puede estar completamentedesencaminado. Los datos de produccin que genera el modelo son slo unaaproximacin burda de los datos reales, pero claramente se aproximan bien, y ms

trabajo en los parmetros relevantes podra refinar los resultados. Para hacer lacomparacin, se pueden encontrar datos histricos de produccin mundial de

combustibles fsiles en los trabajos de la Agencia de Evaluacin Medioambientalde los Pases Bajos (Netherlands Environmental Assessment Agency).

Grfico 3.1.2.2 Una seccin del diagrama de flujo de las ecuaciones usadas para

modelar la asignacin de recursos energticos

3.2.Emisiones de dixido de carbono

Las emisiones de dixido de carbono y el cambio climtico estn ausentes en el

modelo World3, principalmente porque no haba muchos conocimientos acerca deeste tema en aquellos tiempos. Para los propsitos de incluir las emisiones de dixido

de carbono en el modelo, cog las ecuaciones de contaminacin de World3 y lasmodifiqu. Desgraciadamente, esto significa que el Nuevo Modelo del Mundo perdi


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las ecuaciones de contaminacin originales (claramente diseadas para representarcontaminacin qumica), que pueden necesitar ser re-introducidas.

El clculo de emisiones de dixido de carbono es, por supuesto, fundamentalmente

diferente del clculo de contaminacin, y se hace sumando las emisiones debidas a

cada uno de los combustibles fsiles y al desarrollo agrcola (deforestacin). Otradiferencia importante es la tasa de asimilacin, que es claramente diferente para eldixido de carbono y los contaminantes qumicos. No pude encontrar informacin

fiable sobre sumideros de dixido de carbono, as que el modelo slo contiene datossobre los niveles histricos conocidos de asimilacin de dixido de carbono obtenidos

del Equipo del Presupuesto Global de Dixido de Carbono (Global Carbon BudgetTeam), y extrapola linealmente a partir de ah, lo que es probablemente

excesivamente conservador.

El modelo no intenta hacer ningn anlisis detallado del cambio climtico, sino slouna estimacin de los niveles de dixido de carbono en la atmsfera y sus posibles

consecuencias para la produccin de alimentos. Los modelos de cambio climticopueden proporcionar mucho ms detalle acerca de las consecuencias especficas del

cambio climtico, pero no es ste el objetivo de este modelo. El objetivo, en cambio,es estimar cmo el cambio climtico puede afectar otras variables importantes del

mundo.

Graph 3.2.1 Diagrama de flujo de las ecuaciones usadas para modelar las emisiones

de dixido de carbono


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3.3.Produccin de alimentos

Las ecuaciones de agricultura se cogieron directamente del modelo World3, con dos

cambios importantes:1) La produccin agrcola se ve afectada por los niveles de dixido de carbono en la

atmsfera. Todava hay mucha incertidumbre acerca de los efectos en las

cosechas de alimentos de diferentes niveles de dixido de carbono, pero hay bastante acuerdo en que el cambio climtico reducir la produccin de lascosechas. El modelo asume un 2% en reduccin de la produccin a 370ppm,

basado en datos actuales de reduccin en la produccin de las cosechas hastaahora (David B Lobell and Christopher B Field, 2007). Todava hay mucha

discusin acerca de futuras reducciones en produccin de las cosechas debido alcambio climtico. Este modelo asume una reduccin del 10% a 500ppm, lo que

parece una cantidad razonable basada en los datos del IPCC. Si hay mejores datosdisponibles, los tomar en consideracin.

2) La produccin de alimentos se reduce proporcionalmente a la produccin debiomasa.

3.4.Economa

World3 tiene varias variables que se miden en dlares y algunas variables relevantesa la economa, como el empleo. Estas variables nunca pretendieron modelar la

economa tal y como la entienden las instituciones financieras, sino la economafsica, las cosas en la Tierra que tienen lmites fsicos.

Incluso as, es sorprendente que el modelo no contena una variable de PNB, para

representar de alguna manera el PNB real, queriendo decir con esto no ajustado conrespecto a la inflaccin sino una representacin agregada de la produccin de

agricultura, industria y servicios. He aadido esta variable al Nuevo Modelo delMundo, lo que tambin ayuda al clculo de otras variables menores que

tradicionalmente se basan en el PNB pero que en World3 usaban produccinindustrial como aproximacin del PNB.

3.5 Demografa y capacidad poblacional

Como la poblacin es una variable crtica en el modelo, se aadieron variablesdemogrficas adicionales para seguir si los valores histricos de la poblacin seguan

la trayectoria correcta: la tasa de nacimientos cruda global y la tasa de mortalidadcruda global. Se hicieron ajustes siempre que las variables demogrficas se alejaban

demasiado de la realidad.

Se aadieron al Nuevo Modelo del Mundo dos clculos de la capacidad poblacionalde la Tierra:

1) La mxima poblacin alimentable, que representa la mxima poblacin que se podra alimentar a nivel de subsistencia con la produccin de alimentos en un

momento determinado.2) La mxima poblacin sostenible, que representa la mxima poblacin que podra

vivir en el planeta si la huella ecolgica total se permitiera subir a 1 planeta. Elclculo de la huella ecolgica se hace sumando la tierra cultivable, la tierra


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urbanizada y la tierra necesaria para absorber la tasa presente de generacin deemisiones de dixido de carbono.

Ambos valores varan con el tiempo porque la produccin de alimentos y la huella

ecolgica cambian con el tiempo.

4. Los resultados del modelo en el escenario todo como siempre4.1.Variables principales: poblacin, alimentos y produccin industrial

En el escenario todo como siempre el patrn seguido es uno de colapso de la

poblacin humana, produccin de alimentos y produccin industrial, de forma similara lo que ocurre en el escenario estndar de World3. El decline es gradual, empezando

en algn momento alrededor del 2030:

Grfico 4.1.1 Produccin de alimentos y produccin industrial en el Nuevo Modelodel Mundo


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4.2 Uso de energa

Los suministros energticos se sustituyen unos por otros segn decae la TRE,

pero al final todos los combustibles fsiles y nucleares se agotan. Las energasrenovables no se usan hasta el final del siglo XXI, debido a su baja TRE:

Grfico 4.2.1 Uso de energa


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4.3 Dixido de carbono

Un resultado notable del modelo en el escenario todo como siempre es que lasemisiones de dixido de carbono no suben muy alto, alcanzando el mximo a

510ppm, que es ms bajo que algunos de los escenarios de emisiones del IPCC. La

razn de esto es doble: En primer lugar, los lmites en las reservas de combustiblesfsiles hacen que no hay tanto dixido de carbono que pueda soltarse en la atmsferacomo asume el IPCC incluso cuando se han quemado todos los combustibles fsiles.

Segundo, las estimaciones de sumideros de dixido de carbono puede que seandemasiado favorables en el modelo.

Grfico 4.3.1 Dixido de carbono y energa


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4.4. Estndares de vida

Los estndares de vida decaen claramente segn todas las medidas razonables que se

pueden hacer en el modelo: alimentos per capita, produccin industrial per capita,servicios per capita, esperanza de vida, ndice de bienestar humano y mortalidad

infantil. Los niveles de alimentos per capita a finales del siglo XXI son similares a los

del comienzo del siglo XX y siguen en camino de un declive continuo. Sin embargo,esto no debe tomarse como ningn tipo de prediccin, porque el modelo no puedeincluir de ninguna manera todos los datos relevantes.

Grfico 4.4.1 Alimentos per capita, produccin industrial per capita y servicios per

capita en el Nuevo Modelo del Mundo


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Grfico 4.4.2 Esperanza de vida, ndice de bienestar humano y mortalidad infantil


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4.5. Crecimiento econmico

El resultado ms interesante de calcular el PNB es que permite estimar el crecimiento

econmico. Esto no debera entenderse como la cantidad que calculan los

economistas, sino una estimacin numrica del cambio de ao en ao en todos losbienes y servicios producidos en el mundo. De manera interesante, en el momento delcolapso, cae de forma espectacular, pero empieza a declinar muchos aos antes,

proporcionando una seal de aviso temprana.

Tambin merece la pena notar que el punto en el que se alcanza el pico del petrleoest marcado por una cada en el crecimiento econmico. Es muy tentador, aunque no

totalmente justificado, relacionar este hecho con la actual crisis econmica.Ciertamente, si estuvisemos en los primeros estadios del colapso en crecimiento

econmico que estima el modelo, es de esperar que ocurriese una crisis econmicaimportante, y una de las maneras lgicas en las que podra suceder es un incremento

significativo en el nivel de deudas de la poblacin en general, como resultado de unesfuerzo por parte de los bancos centrales en mantener un nivel de crecimiento

econmico que no est justificado por los factores fundamentales. Pero no tengosuficientes datos en estos momentos para confirmar o rechazar si estamos al

comienzo de la gran contraccin calculada por el Nuevo Modelo del Mundo.

Grfico 4.5.1 Crecimiento econmico en el Nuevo Modelo del Mundo


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5. ConclusionesLa principal conclusin de los resultados del Nuevo Modelo del mundo es que, si el

mundo contina comportndose como hasta ahora, a largo plazo es inevitable el decline.

Esto no es una sorpresa y el hecho de que estamos en una trayectoria insostenible sepuede deducir de clculos mucho ms simples y fiables. Lo que este modelo proporcionason ideas algo ms refinadas acerca de cmo podra suceder esto y, lo que es ms

importante, es una herramienta donde podemos experimentar con ideas acerca de cmoresolver este problema.

Soy consciente de que puedo haber cometido muchos errores al producir este modelo, y

he podido usar datos antiguos o incorrectos. Por favor, consideren esto como un primeresbozo, y le doy la bienvenida a cualquier comentario que quieran darme. Me gustara

que esto fuese una colaboracin. Pueden bajar el modelo completo de:

http://www.uploading.com/files/NSTMFGEG/WRLD3-03-energy-sources.mdl.html

El software para ejecutar el modelo es Vensim PLE, que se puede bajar de:

http://www.vensim.com/freedownload.html

Finalmente, me gustara mucho recibir comentarios acerca de posibles polticas paraevitar el decline y colapso final (cuando se han consumido todos los combustibles fsiles)

que se podran incluir en este modelo para ver qu resultados podran producir. La RedTransicin (http://transitiontowns.org/TransitionNetwork/TransitionNetwork) ya ha

expresado su inters en usar este modelo para la lnea temporal que estn escribiendo para todas las Ciudades Transicin para ayudarles a disear sus propios Planes de

Descenso Energtico. Por supuesto, esto slo sera til si el modelo incluye las polticasque necesitan ponerse en prctica para hacer una transicin con xito a un mundo

sostenible.


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Referencias

Charles Hall, 2008, Provisional results from EROI assessmentshttp://www.theoildrum.com/node/3810

Charles Hall, Robert Powers, and William Schoenberg, 2008, "Peak Oil, Investments,and the Economy in an Uncertain Future"http://www.theoildrum.com/node/3412

World Bank, World Development Indicators Database

http://www.worldbank.org/

Netherlands Environmental Assesment Agency, Production Data on Fossil Fuelshttp://www.mnp.nl/en/themasites/hyde/productiondata/index.html.

Global Carbon Budget team, 2006, Recent carbon trends and the global carbon budget

http://www.docstoc.com/docs/4117648/Recent-Carbon-Trends-and-the-Global-Carbon-Budget-updated

David B Lobell and Christopher B Field, 2007, Global scale climatecrop yield

relationships and the impacts of recent warminghttp://www.iop.org/EJ/article/1748-9326/2/1/014002/erl7_1_014002.html

un nuevo modelo del mundo que incluye datos sobre recursos energéticos y cambio climático

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