Cambio climático y energías alternativas. Economía del hidrógeno.

Cambio climático y energías alternativas.
Economía del hidrógeno.
Parte I
El clima. Flujos naturales de energía. Balance de energía. Absorción y
emisión de energía por la tierra. Partículas y nubes. Gases atmosféricos.
Efecto invernadero. Destrucción de la capa de ozono. Acuerdos
internacionales.
Parte II
Energía y sociedad. Consumo de energía. Fuentes de energía.
Combustibles fósiles. Energías alternativas. Energías renovables. El
hidrógeno como fuente de energía.
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Cambio climático: Variación global del clima de la tierra.
Parámetros climáticos: Temperatura, Precipitaciones, Nubosidad, etc.
Por cambio climático se entiende un cambio del clima atribuido directa o
indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera
mundial y que se suma a la variación natural del clima observada durante periodos de
tiempo comparables (para referirse al origen humano del cambio se utiliza la
expresión cambio climático antropogénico).
Sobre el clima influyen muchos fenómenos: Emisión de energía del sol, composición de
la atmósfera, disposición de los continentes, corrientes marinas, órbita de la tierra, etc.
Los efectos antropogénicos (factor humano) son
hoy los agentes climáticos de mayor importancia
desde hace poco tiempo. Su influencia comenzó
con la deforestación de los bosques pero,
actualmente, la mayor influencia en el clima son las
emisiones abundantes de gases que producen el
efecto invernadero.
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Flujos naturales de energía
La mayor parte de la energía de la tierra procede del
sol. De la energía emitida por el sol una pequeña
parte es interceptada por la tierra. El 30% de esta
energía es reflejada hacia el espacio. Esta fracción
se denomina albedo y contribuye de forma
significativa al balance energético terrestre.
Se conoce por radiación solar al conjunto de
radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol.
El 70% de energía absorbida por la tierra se transforma en calor y se emite al
espacio. La mitad de la energía absorbida por la superficie terrestre fluye a
través del ciclo hidrogeológico: procesos de evaporación y precipitación
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La tierra emite energía de manera
diferente al sol. Un cuerpo caliente pierde
energía mediante la emisión de radiación
electromagnética de longitudes de onda
muy largas para ser percibidas por el ojo
humano
Si toda la energía que
absorbe la tierra fuera
emitida al espacio la
temperatura debería ser de
-18ºC. Sin embargo la
atmósfera
atrapa
la
energía emitida y la
devuelve a la superficie
elevando la temperatura.
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Efecto invernadero: Atropamiento de calor por parte de la atmósfera. Recibe la
radiación visible del sol y atrapa la radiación infrarroja de la superficie. ¿Cómo se
atrapa la energía?
Gases atmosféricos:
Composición del aire seco a nivel del suelo
Constituyente
Fórmula Concentración (ppm, en vol.)
Nitrógeno
N2
780.900
Oxígeno
O2
209.400
Argón
Ar
9.300
Dióxido de carbono
CO2
370
Neón
Ne
18
Helio
He
5,2
Metano
CH4
1,7
Kriptón
Kr
1,1
Hidrógeno
H2
0,5
Óxido nitroso
N2 O
0,3
Xenón
Xe
0,08
Monóxido de carbono
CO
0,04-0,08
Vapores orgánicos
0,02
Ozono
O3
0,01-0,004
La proporción de agua es variable según el lugar y día. El porcentaje
medio es del 0,4%.
¿Por qué se da mas importancia al CO2 que a otros
gases mayoritarios como N2 y O2?
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La radiación IR sólo permite la vibración de los átomos de moléculas
poliatómicas. Los gases mono o di-atómicos son transparentes a la radiación
infrarroja. Para que las moléculas absorban radiación IR es necesario que se
pueda modificar su momentos dipolar. Sólo lo hacen las moléculas
heteronucleares con más de dos átomos.
Los gases que más contribuyen al efecto invernadero, por su proporción,
son el H2O y CO2. Además la proporción de agua aumenta en función de la
temperatura (retroalimentación positiva).
Espectros de absorción de
los gases atmosféricos
Ventana de radiación entre los 8
y 12 µm.
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Ventana atmosférica: Zona del espectro en la que no existe solapamiento entre las
absorciones de los gases atmosféricos.
Esta ventana coincide con la región de absorción de
otras moléculas como los CFC´s, CH4 y N2O que
también contribuyen al efecto invernadero. Además,
los CFC´s son los causantes de la destrucción de la
capa de ozono en la estratosfera.
Propiedades de los gases invernadero influidos por actividades humanas
La contribución relativa
a la absorción IR por
moléculas
en
la
atmósfera depende de la
eficacia para absorber
raciación y el tiempo de
permanencia del gas.
CO2
CH4 N2O CFC-11 HCF-23
Concentración atmosférica.
ppm
ppb
ppb
ppt
ppt
Preindustrial
~280 ~700 ~270
0
0
Actual
370
1.745 314
268
14
Variación/año
1,5
7,0
0,8
–1,4
0,55
(%/año)
0,41
0,40 0,25
–0,52
3,92
Tiempo de vida en la atm. (años)
5 a 200
12
114
45
260
Relación intensidad radiativa
1
23
296
4.000
11.700
por molécula
Principal mecanismo de eliminación
I
II
III
III
III
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Evolución de los gases invernadero
Dióxido de carbono (CO2)
¾ 60% de contribución al efecto invernadero (sin incluir la retroalimentación
positiva con el agua)
¾ Fuentes antropogénicas
– Combustión de combustibles fósiles
– Fabricación de cemento
– Deforestación
– Quema de biomasa
– Conversión de la tierra
• Tiempo de vida en la atmósfera: 5-200 años
• Variación annual: 0,41%
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Evolución de los gases invernadero
Óxido nitroso (N2O)
•
•
Contribución al efecto invernadero: 4-5%
Fuentes antropogénicas
– Utilización de combustibles fósiles
– Quema de biomasa
– Fertilizantes
• Tiempo de vida en la atmósfera: 115 años
• Variación annual: 0,25%
Metano (CH4)
•
•
Contribución al efecto invernadero: 15-17%
(más de veinte veces más efectivo que el CO2)
Fuentes antropogénicas
– Ganadería
– Útilización de combustibles fósiles
– Quema de biomasa
– Basuras
• Tiempo de vida en la atmósfera: 12 años
• Variación annual: 0,41%
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Evolución de los gases invernadero
CFC´s o Halocarbonos (N2O)
•
•
•
• Tiempo de vida en la atmósfera: 45 años
Contribución al efecto invernadero:12%
10,000 veces más efectivo que el CO2
Fuentes antropogénicas
– Refrigerantes
– Propelentes
– Fabricación de plásticos
• Variación annual: - 0,52%
Vapor de agua (H2O)
•
•
•
Gas primario de efecto invernadero
La cantidad depende de la temperatura
Fuentes antropogénicas
– Irrigación
– Conversión de bosques en tierras agrícolas
– Embalses y depósitos
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Evolución de los gases invernadero
La mayor aportación al efecto invernadero es del CO2 a pesar que más
de la mitad del gas emitido a la atmósfera no permanece en ella (la
biosfera es un almacén: océanos, bosques, etc).
Variación de la temperatura global y la concentración
de dióxido de carbono.
Evolución de las emisiones de dióxido de carbono, en
millones de toneladas por año, discriminada por región.
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Calentamiento global
Los cambios de temperatura terrestre son el origen de otros
problemas ambientales:
Alteraciones climáticas.
Desertización y sequías
Inundaciones
Fusión de los casquetes polares y glaciares con aumento del
nivel del mar
¾ Destrucción de ecosistemas
¾
¾
¾
¾
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Algunas conclusiones del IPCC
9 En las zonas montañosas se reducirán las nevadas
invernales.
9 La costa oeste tiene riesgo muy alto de incendios y
sequías.
9 Hacia 2050 la selva amazónica dará paso
a una sabana árida y los desiertos
aumentarán su superficie.
9 En la costa aumentará el nivel del mar
provocando inundaciones. La pesca será
cada vez más escasa.
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Algunas conclusiones del IPCC
9 El deshielo del Himalaya provocará fuertes
inundaciones en las cuencas de los grandes ríos.
9 Las escasas precipitaciones provocarán
sequías, incendios y escasez de agua
potable
9 A partir de 2030 la producción agrícola en
el
sur
de
Australia
disminuirá
drásticamente.
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Algunas conclusiones del IPCC
9 En el norte, se incrementarán las inundaciones
y riadas. Los glaciares se deshelarán y las
nevadas serán cada vez más escasas.
9 Para 2020, entre 75 y 250 millones de
personas sufrirán la escasez de agua.
9 Las cosechas reducirán un 50% su
potencial. La pesca en los grandes lagos
también disminuirá.
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