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27 de enero de 2014 Innovación en el sector energético: un reto para las políticas públicas II International Business Symposium FUNSEAM Innovación y Desarrollo Sostenible Barcelona Science Park, Universidad de Barcelona, Barcelona Laura Diaz Anadon Assistant Professor of Public Policy Co-Faculty Chair - Energy Technology Innovation Policy research group Associate Director - Science Technology and Public Policy program Harvard Kennedy School of Government, Harvard University
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27 de enero de 2014
Innovación en el sector energético: un reto para las políticas públicas II International Business Symposium FUNSEAM Innovación y Desarrollo Sostenible Barcelona Science Park, Universidad de Barcelona, Barcelona
Laura Diaz Anadon
Assistant Professor of Public Policy
Co-Faculty Chair - Energy Technology Innovation Policy research group
Associate Director - Science Technology and Public Policy program
Harvard Kennedy School of Government, Harvard University
1
Centro de investigación y divulgación en la Universidad de Harvard
dedicado a el estudio del papel de la ciencia y la tecnología (CyT)
en la sociedad
– Impacto de avances científicos y tecnológicos en políticas públicas
– Impacto de políticas públicas en el desarrollo de la CyT
Las políticas públicas (PP) pueden mejorar la contribución de la
CyT y reducir sus posibles impactos negativos PP↔ CyT
Areas principales de estudio:
– Energía y medioambiente (por ej., agua) ETIP
– Tecnologías de la comunicación e información
– Seguridad nacional
– Desarrollo internacional
30 investigadores, 23 asociados, 4 profesores, y estudiantes
Enfoque actual: EEUU, China, India, Oriente Medio, Alemania y GB
El grupo de investigación ‘Energy Technology Innovation Policy’ (ETIP) y el programa en Ciencia, Tecnología y Políticas Públicas (STPP)
2
Innovación en el sector energético, un reto para las políticas públicas
1. Introducción
– El reto de la energía
– Definiendo la innovación
2. Los retos de la innovación en la energía
3. El papel de los gobiernos y el sector privado
– Ejemplos
- Gas metano de carbón (coal-bed methane)
- Gas de esquisto (shale gas)
- Neveras
4. Algunos retos en EEUU y en España
5. Conclusiones
3
1. Energía: El gran reto del siglo XXI
El mundo necesita seguir produciendo más y más energía para contribuir al desarrollo económico de las naciones, al mismo tiempo:
reduciendo significativamente la contaminación, especialmente las emisiones de CO2 que constribuyen al cambio climático → Impacto medioambiental
reduciendo la dependencia en los combustibles fósiles, concentrados en algunas de las regiones más inestables del mundo e incrementando las exportaciones en el mercado global de energías limpias → Impacto económico
reduciendo el riesgo de conflicto militar y nuclear, y al mismo tiempo la dependencia en combustibles importados → Impacto en la seguridad
Creando acceso a recursos energéticos para mejorar las calidad de vida de miles de millones de personas que no tienen acceso a fuentes de energía ‘modernas’ → Impacto en la reducción de la pobreza
Estos retos sólo son superables con mejores y nuevas tecnologías energéticas
La cuestión es cuál es el papel más apropiado para los gobiernos
4 Conchado, Anadon y Linares (2012), adaptación del Global Energy Assessment, KM24 (2012)
Definiendo la innovación
La innovación va más allá del I+D
Inicialmente se creía que era un proceso lineal
Ahora sabemos que es un proceso muy integrado y complejo
En la innovación participan una multiplicidad de actores
5
Definiendo la innovación
La innovación va más allá del I+D
Inicialmente se creía que era un proceso lineal
Ahora sabemos que es un proceso muy integrado y complejo
En la innovación participan una multiplicidad de actores
Conchado, Anadon y Linares (2012): Adaptación del Global Energy Assessment, KM24 (2012)
6
2. Retos: la inversión en innovación en energía es menor que la socialmente óptima
Fallos de mercado
– Carácter público del conocimiento (común a todas las tecnologías)
- inversor no puede capturar todos los beneficios
– Externalidades medioambientales
- costes impuestos a la sociedad no incluidos en precios
– Fallos de información
- falta de información sobre consumo, comprador es distinto al usuario
- “valle de la muerte”
Otras barreras
– Estructura de mercado (dificultades para los nuevos actores)
– Infraestructura (centros de investigación, infraestructuras físicas)
– Institucionales (conexión entre la investigación básica y la aplicada,
sistema educativo)
– Interacción entre los diferentes actores
– Capacidad (financiera, competencias, aprendizaje)
Negro et al. (2012)
7
El “valle de la muerte”
Tema principal de una executive workshop a muy alto nivel que
organizamos en la Harvard Kennedy School en diciembre de 2010
8
Además…
Falta de concienciación de los políticos y la sociedad
Dificultad de coordinación debido el gran número de actores y
conexiones
Estructuras empresariales que priman las inversiones a corto plazo
Larga vida e intensidad del capital son muy largas (lock-in)
Falsa equiparación sobre el sector energético y el de internet
Anadon and Holdren (2009)
Intensidad de inversión en el sector privado en energía (eléctricas,
mineras, y petroleras) no llega al 1%
− en el sector automovilístico llega al 5%, el farmacéutico es del 14%, el
biotecnológico al 23% (JRC, 2011)
9 Conchado, Anadon y Linares (2012), adaptación de Mowery and Rosenberg (1979); y de Anadon and Holdren (2009)
3. Muchas políticas afectan la innovación en energía
10
Algunos ejemplos de acción gubernamental y cooperación con el sector privado
11
Apoyo gubernamental al desarrollo del gas metano de carbón en EEUU (1978-2002)
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La inversión pública en I+D se complementó con incentivos fiscales,
este gas representa un 8% de la cantidad total
Producción de
gas
Gas
cualificado
Gasto de
DOE
Gasto de
GRI Incentivo fiscal
MIT Future of Natural Gas Report (2011)
12
El desarrollo de tecnologías para la extracción de gas de esquisto (fracking)
El gas de esquisto contribuía a menos del 5% de la producción de
gas en EEUU en el 2005 y 34% en 2012
Su existencia se conocía desde hace unos 70 años
FERC fundo el Gas Research Institute (GRI) con una prima al
transporte interestatal de gas por tuberías
– Financió unos 200 millones/año de manera continuada
– Plan de inversión desarrollado por la industria y aprobado por FERC
Colaboración entre el GRI y el Departamento de la Energía (DOE)
– DOE analizó reservas y expandió el conocimiento sobre las redes de
fracturas con el desarrollo de tecnologías de “core and fractigraphic
analysis” y “electrical downhole well logging”
Apoyo market pull a través de un incentivo fiscal estable para el
“unconventional gas” más de durante 2 décadas
Pioneros de la industria (George Mitchell) fueron esenciales
enfocando y colaborando con el GRI National Research Council (2011)
13
Neveras más eficientes: I+D público, colaboraciones público-privadas, y estándares E
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volumen
uso de energía
por unidad precio por unidad en
$1983
National Research Council (2001)
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Algunos factores comunes en historias sobre innovación en energía
Necesidad de que el apoyo público combine el “technology push”
con el “market pull”
Los retornos son difíciles de medir, pero el consenso es que son
mayores a los de muchas otras inversiones
- Un par de éxitos pagan con creces todo el programa (NRC, 2001)
El sector público tiene más peso en las fases más tempranas, pero
sigue siendo necesario en las fases de adopción
La colaboración público-privada suele ser necesaria para acelerar
el desarrollo tecnológico
La estabilidad y predictabilidad del ambiente regulatorio es esencial
Los BRIMCS (países emergentes) ya invierten en I+D en energía
más que todos los países de la OECD combinados (Kempener, Anadon &
Condor, 2010)
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Ha vuelto a identificarse como un área estratégica
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U.S. DOE Applied Energy R&D Spending FY 1978 ‒ FY 2014 Requests
Fission Fusion Efficiency
Renewables Fossil including CCT demo Electricity T&D
Hydrogen EERE ARPA-E
Gallagher, K.S. and L.D. Anadon, "DOE Budget Authority for Energy Research, Development, and Demonstration Database," Energy Technology Innovation Policy, John F. Kennedy School of Government, Harvard University, April 16, 2013.
Gallagher, K.S., Anadon, L.D. (2013). “DOE Budget Authority for Energy Research, Development,
and Demonstration Database.” ETIP research group, Harvard Kennedy School, April 11.
4. Algunos aspectos de la situación en EEUU y España:
inversión pública en I+D en energía en EEUU
16
En uno de cada 5 casos, la inversión en estas tecnologías cambió
cada año por lo menos más de un 29%, y más de 47% en uno de
cada 10
Coal
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Gas
Gas
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Fiscal Year
La volatilidad de la inversión pública en I+D en energía en EEUU
Anadon et al. (2011, 2013). Cambridge University Press
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Instituciones históricas en gris oscuro, nuevas en naranja, y hueco
de financiación en gris claro Conchado, Anadon y Linares (2012); adaptación de Anadon et al. (2011)
La atención en EEUU está en cómo estructurar el sistema de apoyos institucionales y de colaboración
18
Algunos aspectos de la situación en España
En EEUU el sector privado contribuye mas del 60% de la inversión
en ID total, en España el 40%
El gobierno español invirtió unos 110 millones de euros en el 2011
(en EEUU es sobre $4000 millones)
– Menos del 0,8% del coste anual del sistema eléctrico y 0,6% del
gasto en gasolinas y gasóleos
Conchado, Anadon, y Linares (2012)
Datos de IEA
19
Intensidad de I+D frente al PIB per capita
Anadon et al. (2011, 2013). Cambridge University Press
Datos de la OECD
20
En España hay capacidades especiales en energía, pero todavía hay mucho que mejorar
El sector
energético tiene
un peso grande en
cuanto a las
patentes y las
publicaciones
Pero:
– La solicitud de
patentes es
muy baja
– La inversión
pública por
persona
también
Conchado, Anadon, and Linares (2012)
21
Inversión global en energías renovables (2004-2012), billones$
$2bn en VC en 2012
22
5. Reflexiones finales
La inversión en I+D en energía es insuficiente dados los retos
globales y las oportunidades
EEUU y los países emergentes están haciendo inversiones
considerables
– Y reformando las instituciones y los procesos de toma de decisiones
Algunos componentes de historias de innovación, que parecen
lógicos pero que normalmente no se aplican:
– El sector privado y los gobiernos han tenido desde siempre un papel
muy importante, no solo en EEUU
– Es necesario coordinar “technology push” y el “market pull”
– La estabilidad es esencial para crear inversión privada
– Importante conectar investigación y aplicación y la colaboración
público-privada
23
Muchas gracias por su atención, y a nuestros esponsors,
especialmente BP, Shell, Booz Allen Hamilton, el Departamento de Defensa,
Microsoft, la Agencia de Protección del Medioambiente (US EPA),
los gobiernos de Italia, Dubai, Kuwait, y la Doris Duke
Charitable Foundation por su financiación.
www.energytechnologypolicy.org
24
Academic papers – Science, Energy Policy, Energy Economics, Environmental Science & Technology,
Research Policy, Journal of Environmental Management, Issues in Science & Technology, Energy Economics, Energy Procedia, Minerva, Innovations, Wiley Interdisciplinary Reviews – Climate Change, Public Library of Science ONE, Daedalus, Technology Forecasting & Social Change, Environmental Research Letters, etc.
Reports
Policy briefs
Books
Workshops
Briefings at the WH, AAAS, Senate, House…
Impact: Publications and Outreach
25
Lessons from other sectors
Defense
– Already provided input to ARPA-E and the Energy Innovation Hubs
– Procurement could be further exploited
Agriculture
– CGIAR and land-grant university models can help when technology
development/implementation has a strong local and user component
Information technology
– VCs have struggled to succeed in “non-IT energy businesses”
Pharmaceuticals
– Basic science government support for energy already uses model similar
to the National Institutes of Health
Recent studies from Henderson & Newell (2011), and Mowery,
Nelson & Martin (2010) show that demand and (in almost all cases)
government RD&D were essential in these sectors
26
Inversión internacional en energías renovables
27
Producción de energía en EEUU por combustible
28
VC/PE investment in billion$
29
Levelized cost of electricity for Q3 2012
The analysis of cost in dollar per megawatt-hour is based on available data from projects in
which investment or purchase contracts have been completed. To produce comparisons of
levelized cost of energy at a global level, the analysis assumed a single corporate tax rate
of 35%, an annual inflation of 2% and the equity investor internal rate of return of 10%.
Chu & Majumdar, Nature (2012)
30
4. Example: the future of transportation is still uncertain
There are various options
which could play a role in a
low-carbon transportation
system
– Liquid fuels
- Thermochemical and
biochemical conversion of
biofuels
- Compressed natural gas
- Coal to liquids, etc
– Electric and partially
electric vehicles
– More mass transit…
NRC (2009). Liquid Transportation fuels from Coal and
Biomass
Estimated costs, achievable within 10-15
years, of alternative liquid fuels produced
from coal, biomass, or coal and biomass
with $50/tonne CO2 (cap. costs 20% lower)
31
4. Continuous yield increases have contributed to feeding the world, but more is needed
8-fold yield increase over 6 decades
2012
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Data source: USDA (2013)
32
5. Water impact of different versions of RFS policy
(Jordaan, Anadon, et al. 2013, ES&T)
33
3. Two grand historical energy transitions
Transitions took place over 70-120 years
New technology clusters provided performance benefits Gruebler & Wilson (2013) Cambridge University Press, Forthcoming
electricity
and
liquid
fuels
steam
from coal
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34
1. Impacto de I+D en la reducción de emisiones de CO2
BAU RD&D (~$2 billion)
10-times recommended RD&D
(~$50-$80 billion)
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Incluso si todos los expertos optimistas “aciertan”, las tecnologías mejoran
lo máximo posible, y el gobierno invierte mucho más en I+D, una
política de creación de demanda “market pull” es necesaria
Expertos “medios” Expertos “optimistas”
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35
1. Se esperan retornos marginales que disminuyen al inviertir grandes cantidades en muy poco tiempo
Retornos marginales decrecientes al incrementar la inversión de $5-$50 bn
La gran incertidumbre se traduce en un 25% de probabilidad de que no haya
un impacto positivo al incrementar la inversión de $2 a $5 bn
Los beneficios anuales en el 2050 van de $80 a $350 bn, dependiendo de la
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From $2 billion to $5billion
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36
1. La asignación de la inversion en I+D en energía según la tecnología depende de las otras políticas
No policy (CO2 emissions) CES (CES credit price) 83% CO2 cap (CO2 credit price)
No policy (consumer surplus) 83% CO2 cap (consumer surplus)
No policy (CO2 emissions) CES (CES credit price) 83% CO2 cap (CO2 credit price)
No policy (consumer surplus) 83% CO2 cap (consumer surplus) No policy (CO2 emissions) CES (CES credit price) 83% CO2 cap (CO2 credit price)
No policy (consumer surplus) 83% CO2 cap (consumer surplus)
La asignación depende de la política y de la medida utilizada para la
evaluación
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37
Algunas de las recomendaciones para los laboratorios nacionales:
- Utilizar una visión sistémica de la innovación en un área y definir misiones con claridad
- Reestructurar la contratación de la administración para aumentar la autonomía y fortalecer la¨”accountability” a través de evaluaciones internas y externas regularmente y la implementación de una cultura meritocrática
- Utilización estrategias de management activas para conectar investigación y aplicación
- Aumentar la interacción entre los usuarios (sector privado), los científicos de los laboratorios y la dirección, promoviendo el flujo de información tecnológica y de mercado
Algunas de las recomendaciones para NREL:
- Reducción de los cambios en la misión y presupuesto, y falta de apoyo en el ejecutivo para la necesidad de efectuar¨”investigación inspirada en el uso”
- El sistema de contratación resulta en menos autonomía en NREL, sobre todo comparado con los laboratorios financiados por la sección de ciencia básica
- NREL debería utilizar los fondos a disposición del director para financiar líneas más arriesgadas
- Científicos deberían tener flexibilidad para salir unos 2 años y volver
2. Instituciones de innovación en energía (II)
38
Algunas recomendaciones para otras instituciones:
– Institucionalizar y mantener la financiación para ARPA-E, los Innovation Hubs, y
los Energy Frontier Research Centers
– Definir una misión nueva para DOE de desarrollar la mano de obra a través de
programas de doctorado y posdoctorado trabajando con las universidades con un
perfil de investigación importante
2. Instituciones de innovación en energía (III)
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3. La información sobre las inversiones privadas en I+D es muy limitada
Los datos del sector privado de la National Science Foundation sólo
incluyen a menos de 100 empresas
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3. Encuesta sobre la innovación en energía en el sector privado
Es mucho más prevalente de lo que se creía – una estimación conservadora es que 2.4% de todos los negocios
invierten para desarrollar tecnologías con menos consumo o para reducir su propio consumo
Las expectaciones sobre precios son la motivación más importante
- Más importantes, por ejemplo, que desgravaciones fiscales al I+D
- 2/3 de los innovadores en energía esperan recuperar la inversion en 2-4 años
75% del capital de “startups” en energía está dedicado al I+D
El DOE no recopila sistematicamente datos sobre lo que funciona y lo que no (becas, funding opportunity annoucements, contratos, partnerships) – aprender de la experiencia − La Quadrennial Technology Review ha empezado a abordar estos problemas
− La Office of Energy Efficiency and Renewable Energy tiene sistemas que podrían implementarse en todo el DOE
41
4. Cooperación internacional en energía
Importantes oportunidades a través de la cooperación:
- Compartiendo costes en grandes proyectos
- Haciendo intercambios e intercambiando ideas
- Bajos costes y distintas oportunidades en otros países
- Posibilidad de facilitar la entrada en nuevos mercados
- Pero es importante considerar la competición, no solo la cooperación cooperation
Otros países están invirtiendo:
- Government-controlled energy investments in BRIMCS countries (including state-owned enterprises) appear to be as large or larger than all of OECD combined – mostly China
- Companías chinas ya tienen una gran fracción de los mercados eólico y fotovoltáico; pronto empezarán a exportar tecnología nuclear, también están inviertiendo mucho en coches eléctricos
42
4. La situación internacional ha cambiado
Los gobiernos de los BRIMS inviertieron $13.8 billion (PPP) en I+D en
energía a través de los gobiernos y empresas gubernamentales--la gran
mayoría fue por parte de China
Comparable a la inversión de los miembros de la Agencia Internacional de
la Energía ($12.7 billones PPP)
43
El gobierno de los EUA no tiene una estrategia coordinada, y tiene muchas agencias, ministerios y acuerdos
El gobierno debería:
- Establecer un comité entre las agencias/ministerios planificando y coordinando las actividades, podría localizarse en la Office of Science and Technology Policy
- En los presupuestos incluir financiación para realizar proyectos organicamente (el comité solo idenfificaría nuevas oportunidades, es importante que siga habiendo proyectos que surgen organicamente)
- Recolectar y analizar datos sobre lo que está pasando y lo que funciona mpara mejorar la eficacia a más largo plazo
4. Cooperación internacional en energía (II)
44
Conclusiones generales del informe Transforming U.S. Energy Innovation
Las transiciones energéticas anteriores llevaron décadas—puede que no tengamos tanto tiempo
El reto es desalentador debido a su escala, el tiempo, y las dificultades políticas (domésticas e internacionales)
Los EUA necesitan una estrategia para la innovación en tecnologías energéticas, incluyendo:
- Una gran expansión (y asignación estratégica) en su inversión en I+D en
energía
- Políticas que creen incentivos para innovar en energía
- Nuevos modelos para colaborar con el sector privado, fortalecer
instituciones de innovación, y trabajar con otros países (esto incluye
institucionalizar nuevos procesos de seguimiento)
Una estrategia integrada con various elementos es necesaria
45
1. Huge returns to increased RD&D investment
The benefits in 2050 under the FULL recommended funding
scenario is between $80 billion and $350 billion compared with the
BAU scenario depending on policy and technology assumptions
Consum
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scenario (
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46
1. Technology areas included in analysis
4 supply side technology areas
– Nuclear energy: Gen III, Gen IV, modular reactors
– Fossil energy: coal with and without CCS, natural gas with and w/o CCS
– Bioenergy: gasoline, diesel, and jet fuel production through thermochemical and biochemical conversion pathways, and electricity
– Photovoltaic energy: residential, commercial, and utility scale
1 enabling technology area
– Utility scale energy storage: compressed air storage, 2 types of batteries, flow batteries
2 demand side technology areas
– Vehicle types: advanced internal combustion engine vehicle, electric vehicle, plug-in electric vehicle, hybrid vehicle, and fuel cell vehicle
– Buildings: commercial buildings, 6 levels of energy efficiency for heating and cooling
47
1. ERD3 recommendations for areas covered by elicitations and modeling
Total areas not covered by elicitations (e.g., ARPA-E, BES, wind) = $4.8 bn
Grand total recommendation for energy RD&D: $10 billion
48
1. Experts estimates of impact of increased RD&D on technology improvement
Median impact
largest for solar
PV, batteries, and
bioenergy
Median impact
smallest for
vehicles
technologies and
fossil energy
Fossil: Coal
Fossil: Gas
Fossil: Coal CCS
Fossil: Gas CCS
Vehicles: Adv. ICE
Vehicles: Hybrid
Vehicles: PHEV
Vehicles: BEV
Vehicles: FCV
Bioenergy: Gas
Bioenergy: Diesel
Bioenergy: Jet
Bioenergy: Electricity
Storage: CAES
Storage: Flywheels
Storage: Flow
Storage: Li-ion
Storage: NaS
PV: Commercial
PV: Residential
PV: Utility
Nuclear: Gen III/III+
Nuclear: Gen IV
Nuclear: Modular
-100% -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% 100%
2030 Cost Reduction from BAU at Recommended RD&D Funding Level
49
U.S. government energy-related expenditures in 2007 show inertia towards incumbents and power of some interest groups
ERD3 support for fossil, renewable and nuclear energy
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2007$
Financial Support for
Deployment
Tax-Related Deployment
Subsidies
Direct Deployment
Expenditures
RD&D Other
RD&D DOE
Data from Federal Financial Interventions and Subsidies in Energy Markets 2007 (EIA) & Gallagher and Anadon; Anadon & Holdren (2009)
ERD3 support for fossil, renewable and nuclear energy
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2007$
Financial Support for
Deployment
Tax-Related Deployment
Subsidies
Direct Deployment
Expenditures
RD&D Other
RD&D DOE
Oth
er
50
Range of Budget Recommendations
51
Levels of cost-sharing in DOE grants and cooperative agreements
52
Some resources…
The Harvard Energy Technology Innovation Policy group:
— http://belfercenter.ksg.harvard.edu/project/10/energy_technology_innovation_policy.html
Report from the President’s Committee of Advisors on Science and Technology:
— http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/pcast-energy-tech-report.pdf
American Energy Innovation Council:
— http://www.americanenergyinnovation.org/
National Commission on Energy Policy:
— http://bipartisanpolicy.org/projects/national-commission-energy-policy
