ÃNDICE 1. Introducción a la energÃ-a... 3 2. Fuentes de energÃ-a renovables......3
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ÃNDICE 1. Introducción a la energÃ-a... 3 2. Fuentes de energÃ-a renovables......3 * E. Eólica.....4 * E. Solar....... 6 * E. Hidráulica....7 * Hidrógeno....9 * Biomasa.......10 *Geotérmica..............15 * Mareomotriz.......18 3. Fuentes de energÃ-a no renovable...19 * Carbón....20 * Petróleo......21 * Gas natural.....23 * E. nuclear.......... 24 4. BibliografÃ-a....28 INTRODUCCIÓN A LA ENERGÃA Antes de comenzar a tratar las distintas fuentes de energÃ-a(tanto renovables como no renovables) definiremos energÃ-a y fuente de energÃ-a, teniendo en cuenta que son términos básicos para la comprensión de este trabajo. EnergÃ-a: todo aquello que capaz de producir trabajo o de ser producido a partir de dicho trabajo. Una caracterÃ-stica de la energÃ-a es que puede aparecer de múltiples formas: calorÃ-fica, mecánica, potencial, cinética y se puede cambiar de unas a otras.Las formas de energÃ-a que se pueden utilizar directamente, tal como se obtienen de la naturaleza, se denominan energÃ-as primarias. Fuente de energÃ-a: una fuente de energÃ-a es aquello que tiene la capacidad de suministrar energÃ-a utilizable. FUENTES DE ENERGÃA RENOVABLE Dentro de las fuentes de energÃ-a renovables, podemos hacer una división: las principales(solar, hidráulica y eólica) y las alternativas (geotérmica, mareomotriz, biomasa e hidrógeno) 1 . Las energÃ-as renovables presentan una serie de ventajas comunes: • Inagotables, siempre que el consumo no supere la capacidad de regeneración. • Son limpias, no generan problemas ambientales serios, no emiten CO • Son autóctonas, su utilización hace disminuir la dependencia del exterior respecto al establecimiento energético. • Su uso supone reducir el consumo de energÃ-as no renovables. Además, también presentan unos inconvenientes comunes: • Impacto visual y paisajÃ-stico • Buena parte de los componentes individuales de los sistemas de captación todavÃ-a son bastante caros. • Es difÃ-cil o imposible su almacenamiento • El rendimiento energético no compensa en relación a los costes ocasionados. ENERGÃA EÓLICA 2 La energÃ-a eólica es la energÃ-a producida por el movimiento del aire, es decir, por el viento. El viento es una consecuencia de la radiación solar; y se origina, en la mayorÃ-a de los casos, por diferencias en la insolación de zonas distintas de la superficie de la tierra. Actualmente hay una creciente preocupación por desarrollar soluciones tecnológicas que permitan un mayor y mejor aprovechamiento de la energÃ-a eólica en la producción de electricidad. Para esto no sólo es necesario la mejora de la maquinaria, sino también un profundo estudio de las zonas que resulten adecuadas para la instalación de centrales de este tipo, es decir, la elaboración de mapas eólicos. Para poder utilizar la energÃ-a eólica con cierta eficacia en una zona determinada, las caracterÃ-sticas del viento deben cumplir una serie de condiciones relativas a la velocidad, continuidad, estabilidad, etc. Un aspecto importante es la densidad de la potencia del viento, es decir, la potencia máxima que puede conseguirse por cada unidad de área barrida por el mismo. Solo por encima de los 200w/m2 comienzan a resultar rentables los sistemas eólicos para la producción de energÃ-a eléctrica. Las máquinas que se están utilizando son los denominados aerogeneradores o turbinas eólicas. En la actualidad hay dos modelos; los de eje horizontal y los de eje vertical. En cuanto a la potencia, también hay máquinas de pequeña y mediana potencia. Su funcionamiento es muy simple: en las de eje horizontal, se coloca sobre una torre el generador, que tiene en su interior una turbina conectada, mediante una caja de cambios, a un conjunto de aspas. La energÃ-a eléctrica generada por el movimiento de la turbina es transportada mediante cables conductores a un centro de control, donde se almacena en acumuladores o se distribuye directamente a los centros de consumo. Una central de este tipo, dada la aleatoriedad del viento, debe tener una fuente auxiliar para garantizar en todo momento el suministro de energÃ-a. Para el control del movimiento de la turbina se dispone de un volante de inercia que actuando como carga de frenado, permite controlar en todo momento las revoluciones de las aspas independientemente de la velocidad del viento. Por otra parte, debido a la altura en que se encuentra el generador y el rozamiento que el aire produce sobre él, es conveniente que el equipo esté conectado a tierra para evitar la electricidad estática que, de otro modo, se producirÃ-a sobre la instalación. Los aerogeneradores de alta potencia o los de media potencia conectados entre sÃ- (parques eólicos) se utilizan para la producción de energÃ-a eléctrica que verterán en la red de distribución general.Las máquinas de baja y media potencia se utilizan de forma aislada para uso directo de la energÃ-a mecánica en el bombeo de agua, o para generar energÃ-a eléctrica de uso doméstico o agrÃ-cola como complemento a otras fuentes tradicionales de energÃ-a Ventajas • Es una fuente de energÃ-a renovable. • Alto rendimiento en la transformación de energÃ-a mecánica en eléctrica. • Bajos costes de mantenimiento Inconvenientes • Fuente de energÃ-a aleatoria, con fuertes fluctuaciones. • DifÃ-cil almacenamiento cuando la producción supera la demanda • Rendimiento económico inadecuado. • Produce contaminación acústica por el giro del rotor de la turbina. 3 • Los aerogeneradores son un peligro para las aves. • Pueden producir interferencias en las transmisiones de radio y televisión. • Gran impacto visual. ENERGÃA SOLAR. La energÃ-a solar consiste en utilizar la gran cantidad de energÃ-a que emite el Sol y que llega a nuestro planeta. Puede llegar de dos formas: en forma de radiación directa; o en forma de radiación difusa ( como reflejo de la radiación solar absorbida por el aire y polvo atmosféricos) El Sol es una especie de reactor nuclear de fusión gigante, la cual está compuesta fundamentalmente por helio, hidrógeno y carbono. En ella se producen reacciones continuas nucleares mediante las cuales los átomos de hidrógeno se fusionan, dando lugar a un átomo de helio y liberando gran cantidad de energÃ-a; el carbono actúa como catalizador en dicha reacción. De la energÃ-a liberada, una pequeña parte llega de manera efectiva a la superficie de la Tierra, pero debido a su alta calidad energética, pueden conseguirse temperaturas de hasta 3000 º C. Hoy en dÃ-a, la energÃ-a solar está siendo aprovechada para fines energéticos a través de dos vÃ-as, la vÃ-a térmica y la vÃ-a fotovoltaica: La vÃ-a térmica: Los sistemas que adoptan esta vÃ-a absorben la energÃ-a solar y la transforman en calor. Los sistemas pueden ser: − Sistemas a baja temperatura: aprovechan la energÃ-a solar a temperaturas que están entre los 35 y 100 º C. Este aprovechamiento se puede realizar de forma pasiva o activa. La forma pasiva consiste en captar la energÃ-a solar, almacenarla y distribuirla de forma natural. Su máxima expresión es la arquitectura solar, que utiliza materiales y diseños de construcción apropiados para el aprovechamiento térmico de la energÃ-a solar. Con este tipo de arquitectura se puede llagar a aprovechar hasta un 50% de la energÃ-a necesaria en calefacción y agua caliente sanitaria. La forma activa requiere unos elementos llamados colectores, que en el caso de baja temperatura son conectores planos o solares. Estos colectores llevan en la parte posterior un aislamiento térmico y en la superior una cubierta transparente de cristal o plástico que convierte al colector en una especie de invernadero. Todos estos componentes se alojan en una caja metálica. − Sistemas de media temperatura: aprovechan la energÃ-a solar a temperaturas que se encuentran entre los 100 y 300 º C. Estos sistemas requieren colectores de concentración, los cuales concentran la radiación solar que reciben en un elemento receptor de superficie muy reducida por el que circula un fluido que se calienta y transmite calor. Los colectores de concentración sólo pueden aprovechar la radiación directa del Sol, tienen un sistema de seguimiento que les permite permanecer constantemente situados en la mejor 4 posición para recibir los rayos del Sol alo largo del dÃ-a. − Sistemas de media temperatura: requieren temperaturas superiores a los 300º C, normalmente para producir energÃ-a eléctrica, este proceso es análogo al de una central termoeléctrica convencional. Se precisan unos sistemas de concentración de la radiación muy eficientes. Esto se consigue con unos tipos de centrales sociales especiales, las más extendidas son las centrales solares de receptor central o centrales solares de tipo torre central. La energÃ-a producida es transportada a los centros de consumo. La vÃ-a fotovoltaica: Permite la transformación de directa de la energÃ-a solar en energÃ-a eléctrica mediante el efecto fotovoltaico. Son necesarios unos elementos denominados células solares o fotovoltaicas, las cuales están construidas por una lámina de material semiconductor cristalino, normalmente silicio impurificado con un tipo de impureza diferente en cada cara de la lámina. Las células solares se instalan sobre paneles fotovoltaicos conectadas en serie y en paralelo de forma que la tensión y la corriente del panel se ajusten al valor deseado. Los principales usos de la energÃ-a solar son: • Los sistemas térmicos de baja temperatura, se utilizan para servicios de tipo doméstico • Los sistemas térmicos de media temperatura tienen aplicación en la industria • Los sistemas térmicos de alta temperatura se utilizan para la producción de energÃ-a eléctrica. • Los sistemas fotovoltaicos se emplean para instalaciones de baja potencia en lugares cuya lejanÃ-a respecto de las redes de transporte y distribución de electricidad, puede hacer rentable su instalación a pesar de su elevado coste. Ventajas: • Inagotable a escala humana • Con escaso impacto ecológico • Proporciona independencia respecto al exterior • Elevada calidad energética • Desde el punto de vista ambiental, tienen gran interés ya que no produce ruidos y casi ningún impacto sobre la Tierra. Inconvenientes: • Llega a la Tierra de manera dispersa y semialeatoria, con fuertes oscilaciones según las horas del dÃ-a, estaciones • No puede ser almacenada • Componentes individuales de los sistemas son bastante caros • Se requiere una elevada inversión inicia • Se precisan grandes extensiones de suelo • Produce impactos paisajÃ-sticos. ENERGÃA HIDRÚLICA 5 La energÃ-a hidráulica consiste en aprovechar, mediante un desnivel, la energÃ-a potencial contenida en la masa de agua de los rÃ-os, convirtiéndola en energÃ-a eléctrica, previo paso por energÃ-a cinética utilizando turbinas acopladas a alternadores. Pocas veces el caudal de un rÃ-o asegura un aporte regular de agua, de manera que la energÃ-a potencial de ésta pueda ser aprovechada directamente sin necesidad de embalsarla previamente o utilizando un embalse muy reducido. Este tipo de instalaciones se denominan centrales fluyentes. En la mayorÃ-a de los casos es necesario retener agua mediante una presa, formando una presa o lago artificial del que se puede producir un salto de agua para liberar eficazmente la energÃ-a potencial de la masa de agua embalsada y transformarla posteriormente en energÃ-a eléctrica. Son las denominadas centrales con regulación. Hay pequeñas centrales o minicentrales, grandes y medianas. En España las minicentrales fueron la base de la producción de energÃ-a eléctrica en los pequeños núcleos rurales. Durante la posguerra, se dejaron de construir a favor de las grandes centrales. En 1981 se puso en marcha un Plan acelerado de construcción de minicentrales hidroeléctricas, que contempla la recuperación y/o la ampliación de plantas ya existentes. Este interés por las minicentrales se basa en que su construcción supone un menor coste económico y produce un menor impacto ambiental. Para emplear más eficazmente este recurso se ha diseñado un tipo esencial de centrales hidroeléctricas denominadas centrales de bombeo. La demanda diaria de energÃ-a eléctrica no es constante, sino que sufre importantes variaciones según las horas del dÃ-a y las centrales no pueden adaptarse a estos cambios. Cuando la demanda diaria de energÃ-a se sitúa en sus niveles más bajos, las termoeléctricas generan una cantidad de energÃ-a por encima de la demanda existente. Esta energÃ-a que no puede ser almacenada ni absorbida por el mercado, se utiliza en las centrales de bombeo. Las centrales de bombeo disponen de dos embalses situados a diferente altura. Durante las horas en las que la demanda diaria alcanza sus máximos valores, la central funciona como cualquier otra central, es decir, el agua almacenada en el embalse superior por efecto de la presa llega, a través de una galerÃ-a de conducción a una tuberÃ-a forzada, por lo que es conducida hasta la sala de máquinas de la central. AllÃ-, el agua, en su caÃ-da, hace girar los rodetes de las turbinas, generando una corriente eléctrica que es transportada, mediante lÃ-neas de alta tensión, hacia los centros de distribución y consumo. El agua, una vez que ha provocado la generación de electricidad, sale al exterior por varios desagües y queda almacenada en el embalse inferior. 6 Cuando la demanda de energÃ-a eléctrica se sitúa en sus niveles más bajos, se aprovecha la energÃ-a sobrante producida por las centrales termoeléctricas para accionar un motor de la sala de máquinas, poniendo en funcionamiento una bomba, eleva el agua que se encuentra en el embalse inferior hasta el embalse superior a través de la tuberÃ-a. El agua puede ser elevada por un grupo motor−bomba, o por las propias tuberÃ-as de la central, si estas son reversibles. De esta manera, las centrales de bombeo permiten aprovechar una producción de energÃ-a eléctrica que, de otro modo se perderÃ-a. Para producir electricidad que puede ser vertida a la red eléctrica general, o para autoabastecimiento de fábricas y pequeños núcleos de población. Ventajas • Coste de mantenimiento mÃ-nimo. • Producir la propia electricidad resulta más barato que adquirirla a las compañÃ-as eléctricas y se evitan problemas de suministro, como ocurre en los pequeños núcleos urbanos. Además, hay que tener en cuenta las ventajas adicionales de la regulación del caudal de un rÃ-o por represamiento. • Control de inundaciones • Suministro de agua a industrias, núcleos urbanos, agricultura y zonas deportivas. Inconvenientes Derivan de la modificación sustancial del ecosistema acuático, ya que producen unos impactos que están en relación directa con el tamaño y la ubicación del embalse. • Impacto visual, sobre todo durante el periodo de construcción. • Pérdida de suelo agrÃ-cola, ganadero y/o forestal por erosión y por inundación. • Reducción de la diversidad biológica. • Modificación del nivel freático de la zona. • Modificación de la calidad del agua embalsada. • Alteración de la dinámica costera. • Erosión de deltas y barras costeras. • Genera posibles riesgos geológicos inducidos por movimientos de ladera y/o por rotura de presa. EL HIDRÓGENO 7 Si hablamos de energÃ-a, una de las grandes promesas es el desarrollo de células o pilas de combustible capaces de acumular hidrógeno, el elemento más abundante del universo y el más prometedor como fuente de energÃ-a. Los nanotubos de carbono han sido propuestos como los mejores candidatos para almacenar grandes cantidades de hidrógeno gaseoso de forma segura. Los investigadores apuestan por rellenar tanques de combustible con nanotubos de carbono cubiertos con titanio u otro metal, que funcionarÃ-an como el velcro, reteniendo el hidrógeno La combustión del hidrógeno produce agua y gran cantidad de energÃ-a. Se produce por hidrólisis del agua mediante una corriente continua. Se han realizado estudios sobre la producción de hidrógeno con el fin de utilizarlos como combustible, a partir de la energÃ-a eléctrica, excedentaria y difÃ-cilmente almacenable, producida por algunas fuentes de energéticas renovables durante el tiempo en el que la producción supera la demanda. Ventajas: • La combustión del hidrógeno no es contaminante. • El hidrógeno es fácilmente almacenable y transportable por tuberÃ-as. • Se incrementa el rendimiento de las fuentes de energÃ-a renovables. Inconvenientes: • Es muy explosivo y su almacenaje y transporte pueden resultar peligrosos. • Está en fase de investigación y experimentación. LA BIOMASA Es el conjunto de materia orgánica renovable de procedencia vegetal, animal o resultante de la transformación natural o artificial de la misma. Es la energÃ-a renovable más utilizada; en España supone más del 80% de las energÃ-as renovables utilizadas, sin embargo en el conjunto de fuentes de energÃ-a sólo supone un 2,5% de la energÃ-a primaria consumida, teniendo en cuenta los residuos que actualmente no se aprovechan, podrÃ-amos llegar en un futuro a un 10−15% del consumo energético total. Es además un método ideal para la eliminación de 8 los residuos orgánicos. Hay varios tipos de materiales orgánicos que pueden usarse para obtener energÃ-a aprovechable: Residuos forestales y agrÃ-colas: Fundamentalmente hay tres sectores: − Residuos de origen forestal : proceden de tratamientos silvÃ-colas, indispensables para el mantenimiento y mejora de los montes(entresacas, claras, clareos, podas y limpieza de matorral) y de las cortas de pies maderales(ramas y copas de los árboles maderables) − Residuos de origen agrÃ-cola: proceden de las podas(cultivo de olivo, vid y frutales) y de los cultivos de cereales, girasol, caña de azúcar, etc(pajas y otros subproductos − Sector de transformación forestal y agrario: genera residuos de caracterÃ-sticas similares a las anteriores. La industria maderera genera recortes, cortezas, virutas, serrÃ-n, etcy de la agrÃ-cola, cáscaras de almendra, orujillo, cascarillas de girasol, etc Se usan principalmente(los de origen forestal y agrÃ-cola) en 1º lugar para cubrir necesidades energéticas y en 2º término, pueden ser utilizados por consumidores externos en forma de carbón vegetal. Aunque su principal uso es la combustión directa para: • Producción de vapor • Producción de agua caliente • Calentamiento de aceite térmico • Secaderos • Hornos • Producción de energÃ-a eléctrica • Usos domésticos Ventajas: • Las operaciones que producen residuos agrÃ-colas y su posterior eliminación son una necesidad del propio cultivo. Igualmente ocurre con los industriales en los cuales hay una fracción de la materia prima que no se llega a incorporar al producto elaborado y debe eliminarse; por lo tanto, su uso energético no supone coste adicional alguno de recogida ni, generalmente, de tratamiento. • En el caso de los residuos forestales no se da esta circunstancia: las labores de limpieza, desbroces y eliminación de residuos no son indispensables; pero sÃ- deseables ya que su realización mejora y protege a los bosques • Ocasionan impactos menores que otras fuentes: los residuos sólidos, las cenizas, son inertes y se originan en menor proporción. Los gases emitidos son vapor de agua y CO2 y vapor de agua, fundamentalmente, no produce azufre ni cloro. • La presencia de partÃ-culas en suspensión en los gases no tiene por qué producirse si se cuenta con los medios adecuados Inconvenientes: • Bajo rendimiento energético • Producción de los residuos orgánicos es estacional y dispersa • En estado fresco tienen gran volumen que dificulta su manipulación 9 • Las tareas silvÃ-colas deben hacerse bajo vigilancia para que la mejora y conservación del monte sean prioritarios frente al interés polÃ-tico o económico, ya que se podrÃ-a poner en peligro el monte. Residuos biodegradables : Comprenden una serie de subproductos susceptibles transformados mediante procesos de degradación anaerobia, descomponiéndose en una fracción sólida y en otra gaseosa. Desde el punto de vista energético, los procesos más interesantes son las fermentaciones metanizantes en las cuales se produce gas metano con propiedades combustibles. Los residuos a los que se pueden aplicar estos procesos de fermentación microbiana deben tener un alto contenido en humedad y un contenido en nutrientes determinados. Los residuos que normalmente se emplean son: • Residuos ganaderos de animal vivo (estiércoles, camas,) • Residuos ganaderos de animal muerto (restos de matadero) • Lodos de depuradora • Residuos de las industrias orgánicas (azucareras, alcoholeras, papeleras) El producto principal de la digestión anaerobia es el biogás, que es una mezcla de metano y dióxido de carbono. El efluente es una suspensión inodora que sedimenta fácilmente separándose una fase lÃ-quida y otra sólida, la cual se puede utilizar para la fertilización de suelos (compostaje) y para alimentación animal. El biogás se suele utilizar en las plantas depuradoras de agua, donde se produce, como aporte energético tanto térmico como eléctrico Ventajas: • La digestión anaerobia es en 1º lugar y fundamentalmente, un proceso de depuración de residuos orgánicos. • El interés ambiental es más fuerte que el energético • La repercusión sobre el entorno es positiva, transformando sustancias muy contaminantes en productos libres de microorganismos patógenos, aptos para otros usos. Inconvenientes: • La mayor parte de la tecnologÃ-a disponible data de hace 60 años y se creó para la estabilización de lodos de depuradoras urbanas, por lo cual no permite tratar otro tipo de residuos • Además, no se pensó en su aprovechamiento energético, por lo que la mayorÃ-a de los digestores suelen operar con un balance energético muy bajo o incluso negativo • Últimamente, se vienen realizando instalaciones piloto con aprovechamiento energético y para tratar todo tipo de residuos apropiados, pero esta tecnologÃ-a todavÃ-a no se puede desarrollar a nivel comercial • Otro problema es que el biogás no se puede utilizar directamente en motores, debido a la presencia de ciertos elementos en él que es necesario eliminar Residuos sólidos urbanos También denominados basura, son los generados por los domicilios particulares, comercios, oficinas y 10 servicios de las ciudades. Tienen la consideración de RSU otros residuos de muy diferente naturaleza, generados por la actividad humana en los núcleos urbanos. Los RSU producidos en las ciudades de los paÃ-ses desarrollados constituyen actualmente un grave problema en cuanto a su eliminación, representan entre el 7 y el 10% del total de los residuos sólidos producidos , en valor absoluto alcanzan niveles considerables. Estas cantidades incrementan año tras año por encima del aumento de la población. En España, el destino final de estos residuos es fundamentalmente el vertido, habida cuenta del gran volumen que están tomando y que en su composición hay un gran porcentaje de materiales combustibles, se puede pensar en utilizarlos como una fuente de energÃ-a alternativa. Esto se consigue con un proceso de incineración acompañado con una recuperación de energÃ-a. Los RSU se pueden utilizar como combustible en bruto o bien puede existir una separación previa de la materia orgánica para otros fines como el compostaje. La energÃ-a térmica liberada en la incineración puede utilizarse para: • Producción de energÃ-a eléctrica • Generación de vapor para usos industriales • Alimentación de una red de calefacción • Producción de agua caliente sanitaria Ventajas • La ventaja fundamental es el aprovechamiento energético de un proceso de eliminación de los RSU, la incineración, que, en general, es el más limpio de los que se dispone actualmente. Inconvenientes: • El gran inconveniente es que los costes de inversión son elevados. Esto se puede solventar con la creación de mancomunidades o asociaciones de municipios con el fin de construir y utilizar una instalación incineradora. • Si son ejecutados de forma incompleta o incorrecta, pueden producir situaciones de impacto negativo sobre el entorno. Las incineraciones tienen la ventaja comparativa de resultar más fácilmente controlables y corregibles por su origen puntual que otras fuentes de contaminantes más difusas o incontrolables. Cultivos energéticos Son cultivos agrÃ-colas o forestales que tienen como único fin la producción de productos energéticos: los biocombustibles Hay especies pertenecientes a las especies de euforbias en las que se produce una reducción fotosintética del CO2 en mayor grado que en las demás especies y se producen hidrocarburos en lugar de hidratos de carbono, que son fácilmente utilizables como combustible. Otras especies como la colza, la soja y el girasol producen aceites, biodiesel que se puede utilizar como carburante para motores diesel. El etanol que se obtiene por fermentación de la patata, la remolacha, la caña de azúcar y el maÃ-z, se puede emplear puro como combustible de vehÃ-culos o mezclado con gasolina para formar el llamado gasohol 11 Los biocombustibles se emplean fundamentalmente como carburante de vehÃ-culos en el sector del transporte y para producir electricidad Ventajas: • Producen una disminución global del CO2 atmosférico • Contribuyen a estabilizar el suelo de tierras marginales o de tierras retiradas de la producción de alimentos • Protegen el suelo de la erosión • Requieren tecnologÃ-as poco sofisticadas Inconvenientes: • El uso de biocombustibles requiere cambios en los motores de los automóviles • El etanol es muy corrosivo y, como consecuencia de su combustión, se producen NOx y formaldehÃ-do, este último cancerÃ-geno Respecto a los cultivos energéticos: • El suelo dedicado a ellos se pierde para otro tipo de cultivos • Se necesitan grandes superficies • La producción es estacional y muy variable • El gran volumen en estado fresco dificulta su manipulación • Bajo rendimiento. La producción de etanol no resulta del todo rentable si no cuenta con apoyos estables, como la exención de impuestos u otro tipo de ayuda LA ENERGÃA GEOTÉRMICA Es la energÃ-a calorÃ-fica contenida en el interior de la Tierra y susceptible de ser extraÃ-da y aprovechada por el ser humano. El interior de la Tierra es una fuente continua de calor que al liberarse de forma lenta, origina un gradiente térmico hacia la superficie. En determinadas zonas(bordes de placa, puntos caliente) el flujo de calor es elevado, dando lugar a lo que se conoce como anomalÃ-as geotérmicas, normalmente acompañadas por manifestaciones externas: fumarolas, géiseres, fuentes termales y minerales, vulcanismo reciente,etc 12 Estas zonas se han utilizado desde la época clásica con fines curativos, sociales y de ocio, pero pueden ser usadas como fuente de calor siempre que cumplan 2 condiciones: 1º/ que tenga una superficie mÃ-nima y esté localizada a una profundidad asequible y la 2º/ que cerca de la zona anómala existan formaciones geológicas porosas o fisuras capaces de retener agua, generalmente, procedente de la infiltración superficial. Los yacimientos geotérmicos se suelen dividir en cuatro categorÃ-as: • Alta superior: superior a 150º C en profundidades entre 1500 y 2500 m. • Temperatura media: entre 100 y 150º C a 1500−2500 m. de profundidad • Baja temperatura: menor que 100º C a 1500−2500 m. de profundidad • Roca caliente seca: sin fluido térmico. Técnicamente son difÃ-ciles de explotar. Los principales usos de esta fuente son: • Los yacimientos de alta temperatura pueden utilizarse para producir directamente energÃ-a eléctrica • Los de temperatura media para productos industriales • Los de baja temperatura en usos directos del calor o del calor y el agua: procesos industriales, calefacción, usos agrÃ-colas, etc Tanto los de temperatura media como los de baja requieren que centros de consumo y yacimientos se encuentran próximos. Ventajas: • Inagotable • Limpias, no generan problemas ambientales serios, no emiten CO • Su uso supone reducir el consumo de energÃ-as no renovables. Tiene todas las ventajas de las energÃ-as renovables excepto que puede producir impactos ambientales de cierta consideración Inconvenientes: • Impacto visual • Impacto sobre el suelo y sobre formaciones geológicas profundas: erosión del suelo, hundimientos del terreno e inducción de actividad sÃ-smica • Contaminación acústica durante la perforación y explotación del yacimiento • Contaminación atmosférica por emisiones de gases inconfensables durante la operación de la planta generadora de energÃ-a eléctrica • Contaminación del agua por vertido de fluidos con sustancias nocivas • Posible alteración de la hidrologÃ-a superficial y subterránea de la zona de explotación, alterando los ecosistemas naturales en las inmediaciones • El consumo de agua de refrigeración de una instalación geotérmica puede incidir sobre las disponibilidades locales de agua • Problemas debidos a la composición quÃ-mica de las aguas termales (corrosiones, depósitos minerales de calcita y sÃ-lice, partÃ-culas sólidas y desgasificación) LA ENERGÃA MAREOMOTRIZ 13 Se trata de utilizar los cambios periódicos del nivel del mar denominados mareas. Las mareas se producen como consecuencia de las interacciones gravitatorias del Sistema Tierra−Luna−Sol. El cambio de nivel de los océanos hace que el agua entre y salga de los estuarios y bahÃ-as originando un flujo de agua bidireccional. Esos flujos periódicos de agua se han utilizado tradicionalmente mediante los denominados molinos de mareas; en algunas zonas, donde el desnivel del agua entre el pleamar y la bajamar supera los 10 m., se pueden utilizar para producir energÃ-a eléctrica. En este caso es necesario construir un dique que cierre la bahÃ-a o el estuario adecuado, y hacer que el agua del mar circule de dentro a fuera, y viceversa, a través de unas turbinas, reversibles o no, que generan electricidad. Ventajas: • Inagotable • Limpias, no generan problemas ambientales serios, no emiten CO • Su uso supone reducir el consumo de energÃ-as no renovables. Las ventajas son las de todas las fuentes de energÃ-a renovables Inconvenientes: • Impacto sobre el ecosistema costero de la zona en explotación • Utilización limitada a muy pocas zonas costeras. • Normalmente, no hay coincidencia entre la ocurrencia de las mareas y la demanda de energÃ-a eléctrica FUENTES DE ENERGÃA NO RENOVABLES Las fuentes de energÃ-a no renovable son aquellas que se encuentran en la naturaleza en una cantidad limitada y que, una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse, ya que no existe sistema de producción o extracción viable, o la producción desde otras fuentes es demasiado pequeña como para resultar útil a corto plazo.Se denominan no renovables porque estamos consumiendo estos recursos de manera más rápida que lo que tarda la Tierra tarda en renovarlos 14 Son energÃ-as no renovables: los combustibles fósiles y la energÃ-a nuclear. Su mayor ventaja es su alta calidad pero presentan los siguientes inconvenientes: • Son fuentes de energÃ-a limitadas. • Son sucias, producen impactos ambientales serios. • Resultan fuentes muy localizadas que ocasionan dependencia de los paÃ-ses no productores que las utilizan respecto del exterior. EL CARBÓN El carbón es un mineral de origen orgánico, de color negro y combustible, muy rico en carbono. El carbón fue la principal fuente de energÃ-a durante la revolución industrial. Ahora ha perdido importancia frente a otros combustibles fósiles debido a la dificultad de su extracción y distribución, asÃcomo a los problemas ambientales que genera su explotación y combustión. El carbón se origina por descomposición de vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas, entre otros elementos que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas de poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de la cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire que los destruirÃ-a. Comienza una lenta transformación por la acción e bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no pueden vivir en presencia de oxigeno. Con el tiempo, se produce un progresivo enriquecimiento de carbono por acción de una compactación debido al aumento de la presión y la temperatura. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos que contribuirás al mantenimiento 15 del ambiente anaeróbio, adecuado para que continúe el proceso de carbonificación. Una vez extraÃ-do el carbón, su principal uso es la producción de energÃ-a eléctrica aunque, históricamente, el primer uso del carbón fue como combustible doméstico. Éste también es usado en la siderurgia de fundición, para la obtención de gas ciudad (ya en desuso) por destilación y como materia prima en la industria de plásticos fibras sintéticas. Ventajas: • Es el combustible fósil más abundante, pues hay reservas mundiales para más de 200 años. • Tiene un gran poder calorÃ-fico. • La tecnologÃ-a necesaria está muy experimentada y actualizada. Aparte de ser una energÃ-a no renovable, el principal inconveniente es su elevado poder de contaminación en, prácticamente, todas las etapas de su ciclo de vida: • En su extracción se produce emisión de partÃ-culas a la atmósfera; lixiviados, escorrentÃ-as e infiltraciones con incidencia en los acuÃ-feros y en las aguas superficiales; ocupación de terrenos; contaminación de suelos y contaminación acústica y visual. • En su combustión se producen partÃ-culas y cenizas, CO2, NOx y SO 2, este último debido a las impurezas del azufre. • Por último, en las centrales termoeléctricas puede producir contaminación térmica fluvial o costera. EL PETRÓLEO El petróleo se produce a partir de la acumulación de materia orgánica, fundamentalmente plancton marino, en cuentas sedimentarias marinas junto con cienos y arenas de grado fino. Se forma asÃ- un barro rico en materia orgánica, el sopropel, que es la materia prima que origina el petróleo. En condiciones anaerobias (en ausencia de oxÃ-geno) y de elevada presión y temperatura producidas por el enterramiento, la materia orgánica fermenta, originado una mezcla de hidrocarburos, y los cienos y arenas se transforman en rocas sedimentarias (margas y areniscas ) formando la llamada roca madre, que queda impregnada por dichos hidrocarburos. 16 El petróleo una vez formado, debido a su baja densidad sufre un proceso de migración ascendente a través de fracturas o de rocas porosas, dejando un residuo sólido compuesto por las pizarras bituminosas y las arenas asfálticas (de ellas se pueden extraer hasta 24 litros de petróleo /t) El petróleo en su camino ascendente puede llegar a la superficie disipándose en la atmósfera, o puede encontrar una roca impermeable acumulándose en las rocas subyacentes, rocas almacén, originándose una trampa de petróleo, en la que suele haber por encima del petróleo gas metano y por debajo agua salada. Con el petróleo, una vez extraÃ-do, hay que refinarlo, que es una destilación fraccionada, aumentando gradualmente la temperatura para separar sus distintos componentes según su punto de ebullición y proceder a un tratamiento posterior de cada uno de ellos antes de su distribución. El petróleo constituye un 33% del consumo energético mundial, por lo que resulta indispensable para la humanidad. Además de ser una fuente de energÃ-a, es también una fuente de numerosos productos actualmente indispensables en gran numero de industrias. Ventajas: • La extracción del petróleo es más fácil que la de otros recursos, como por ejemplo que el carbón • Tiene también mucho menos coste social • Los combustibles que se obtienen son de un elevado poder calorÃ-fico Inconvenientes: • Los derivados de la extracción y , sobre todo, del transporte, que originan graves impactos ambientales en al hidrosfera debido a la limpieza de los grandes petroleros y a los accidentes; en cuanto a la geosfera y a la atmósfera, por la rotura de los oleoductos y los incendios de pozos petrolÃ-feros • Los derivados de su uso, ya que su combustión produce contaminación atmosférica, incrementando la cantidad de CO2 atmosférico (contribuyendo al incremento del efecto invernadero); los NOx y el SO2 ( ayudando a la formación de la lluvia ácida); y las partÃ-culas en suspensión. • Los derivados de su valor estratégico como producto indispensable para la economÃ-a mundial, lo que originado conflictos sociales y guerras como la del Golfo • Por otra parte, al ser un recurso no renovable, su uso excesivo como combustible acarreará el agotamiento de sus reservas, perdiéndose una fuente de materiales fundamentales para la industria muy difÃ-cilmente sustituibles. Muestra de los tipos de productos obtenidos del petróleo serÃ-an:  PRODUCTO PROCESO UTILIDAD DESTILACIÓN Metano, etano, Hasta 40 º C propano, butano Pentano, hexano, Naftas 40º C − 180º heptano, octano, (Gasolinas) C nonano Gases Queroseno Decano− Hexadecano Combustibles Combustibles Disolventes Combustibles 200º C − 300º reactores C Craqueo 17 Gasóleo Fuel Residuos ligeros Residuos pesados Hidrocarburos de 300º C − 375º 16 a 25 átomos C de carbono Hidrocarburos de 20 a 40 átomos >= 350º C de carbono Vaselina Semisólida Parafinas, alquitranes Sólida Combustible Craqueo Combustibles Lubricación Lubricantes Pomadas Impermeabilización Asfaltos GAS NATURAL El gas natural es una mezcla de metano, etano, hidrógeno, butano y propano. Su origen es el mismo que el del petróleo, pero en condiciones de presión y temperatura mayores Este recurso se emplea en las calefacciones domesticas e industriales; como fuente de calor en cocinas; para la producción de energÃ-as eléctricas en las centrales térmicas entre otros muchos usos. Ventajas: • Su extracción es muy fácil • Su transporte se puede hacer por medio de gasoductos, que requieren una inverión elevada pero tienen un bajo riesgo de accidentes.Tambien se puede trasnportar licuado a bajas temperaturas en barcos. • Tiene un poder calorÃ-fico mayor que el carbón • Es el combustible más limpio en términos de contaminación: −Produce la menor cantidad de CO2 por unidad energética de todos los combustibles −No contiene azufre, por tanto no aparece SO3 en la combustión −No se producen articulas sólidas 18 −La tecnologÃ-a desarrollada para la combustión del gas natural disminuye la formación de óxidos de nitrógeno (NOx) −En todas sus aplicaciones industriales el rendimiento es elevado con lo que disminuye el consumo de energÃ-a primaria Inconvenientes: • Que es un recurso no renovable • Aunque es menos contaminante que el carbón y el petróleo al no tener azufre, también produce CO2 y NOx • En caso de accidente en su almacenamiento o transporte, se emitirÃ-a a la atmósfera CH4 , que un o de los gases invernadero, más potente que el C02 ENERGIA NUCLEAR Es la energÃ-a procedente de las reacciones que se producen en o entre los núcleos de ciertos átomos en unas determinadas condiciones. Según el proceso, hablamos de fisión o de fusión nuclear Fisión nuclear El proceso que produce es la rotura de los núcleos de los átomos pesados de algún elemento susceptible de ser fisionado. Se utiliza normalmente el U−235,que se encuentra en la naturaleza en una proporción muy baja (solo el 0,7 % del uranio natural) Lo núcleos de U−235 deben ser bombardeados con neutrones. Cuando un núcleo absorbe un neutrón, se hace inestable y se rompe en átomos más ligeros emitiendo neutrones y una gran cantidad de energÃ-a. Los neutrones liberados puede colisionar con otros núcleos de U−235 produciéndose una reacción en cadena. Se esta reacción ocurre rápidamente, da lugar a una explosión atómica que libera una enorme cantidad de energÃ-a. 19 Si el proceso se hace de manera controlada, introduciéndose algún moderados que retiene neutrones del medio (Agua, grafito o agua pesada que absorbe neutrones), la liberación de energÃ-a es gradual y se puede utilizar para producir vapor de agua que mueva unas turbinas acopladas a generadores eléctricos. Los reactores nucleares son máquinas que permiten iniciar, mantener y controlar una reacción en cadena de fisión nuclear. Se emplea para la producción de energÃ-a eléctrica en instalaciones denominadas centrales nucleares, que no son más que centrales termoeléctricas. El calor generado por las fisiones de los núcleos del combustible (normalmente uranio natural, óxido de uranio natural y óxido de uranio, enriquecidos en su isótopo U−235) alojado en el reactor, pasa al fluido debido a su gran presión. El refrigerante es conducido, mediante tuberÃ-as de agua a presión, hacia los generadores de vapor. A la salida de éstos, el agua regresa al reactor impulsada por las bombas. En los generadores de vapor, el agua del circuito secundario se convierte en vapor y se dirige hacia las turbinas de alta presión y de baja presión, donde acciona los álabes. El vapor que sale de las turbinas pasa de nuevo a estado lÃ-quido en el condensador por acción de un circuito de refrigeración y que toma el agua de un rÃ-o o del mar, siendo restituida de nuevo al mismo posteriormente. La energÃ-a cinética producida en las turbinas se convierte mediante un alternador en energÃ-a eléctrica, la cual, para ser apta para el consumo, se transforma en corriente de alta tensión mediante transformadores y se distribuye a la red de consumo. Ventajas: • El uranio tiene un alto poder energético. La fisión de 1kg produce 1.000.000 veces más energÃ-a que un 1kg de carbón. • No produce contaminantes atmosféricos. Inconvenientes: • Producen contaminación térmica de las aguas de los rÃ-os, mares o lagos, que utilizan como refrigerante de la central. • Las centrales nucleares tienen un elevado coste de instalación frente a una corta vida útil, de unos 30− 40 años. 20 • Se pueden producir fallos, accidentes o sabotajes que podrÃ-an causar escapes de elementos radioactivos. • Ocasionan dependencia tecnológica del exterior. • Producen residuos radioactivos de vida media muy larga que, hasta ahora, no se ha encontrado otro destino para ellos que almacenarlos. Éste es el gran problema de la energÃ-a nuclear de fisión. Fusión nuclear En este caso, el proceso que libera energÃ-a es la unión de núcleos de átomos ligeros para producir un núcleo de un átomo más pesado. Es la reacción que genera la energÃ-a de las estrellas como el Sol. Su realización experimental tiene importantes problemas no resueltos satisfactoriamente todavÃ-a.Para que dos núcleos atómicos se acerquen lo suficiente para desencadenar la reacción es necesario vencer grandes fuerzas de repulsión entre ellos y superar la barrera de los electrones; esto se tiene que hacer aumentando la presión y la temperatura (del orden de 100.000.000 ºC).En estas condiciones los átomos reaccionantes se encuentran en un estado especial de la materia, denominado plasma, en el que los núcleos y los electrones se encuentran separados. El problema es conseguir estas condiciones y, sobre todo, un alojamiento para el plasma resultante y para la reacción de fusión que ocurra en su seno. Actualmente se trabaja en un confinamiento magnético, mediante un potente campo magnético. Las estrellas tienen suficiente calor y presión para producir reacciones de fusión; y los átomos que intervienen son hidrógenos que al fusionarse producen helio. Parece ser una fuente de energÃ-a muy interesante pera la producción electrica. Los reactores de fusión fabricados a partir del litio, y tanto éste como el deuterio se encuentran disueltos en el agua de los océanos en grandes cantidades, por lo tanto son mucho más abundantes que el uranio. Ventajas: • El combustible es inagotable • No produce impactos sobre la atmósfera ni sobre la hidrosfera • No produce residuos radioactivos peligrosos 21 • No tiene riesgos de accidentes, ya que la reacción de fusión no tiene posibilidades de descontrolarse Inconvenientes: • Salvando las dificultades técnicas, parece que no tiene grandes inconvenientes, por lo que es considerada la fuente de energÃ-a del futuro. BIBLIOGRAFÃA Libros: Aisma, Isaac. Como descubrimos la energÃ-a nuclear.Editorial Molino 1984 Ciencias medioambientales e da saude .4º ESO. Editorial galaxia López, Tomás. Ciencias de la tierra y del medio ambiente .2º Bach. Editorial Santillana Paginas Web: http://www.elestanque.com http://www.tierramerica.net http://es.wikipedia.org http://www.energias−renovables.com http://www.esi.unav.es/asignaturas/ecologia/Hipertexto/07Energ/100Energ%C3%ADa.htm 25 22
