TEMA 6. RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES Y NO

TEMA 6. RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES Y NO
RENOVABLES. (CTMA)
1. INTRODUCCIÓN.
Los recursos energéticos de la Tierra se consideran renovables y no
renovables en función de si pueden o no agotarse al ser utilizados. Así:
 Recursos energéticos no renovables: Son aquellos que, al igual que
los recursos minerales, no se regeneran o lo hacen a un ritmo
infinitamente más lento que el de su consumo. Ejemplos de recursos
energéticos no renovables son: los combustibles fósiles (carbón,
petróleo y gas natural) y la energía nuclear (obtenida fundamentalmente
del uranio).
 Recursos energéticos renovables: Son aquellos cuya regeneración se
produce a un ritmo ligeramente inferior o igual al de su consumo, lo que
los hace teóricamente inagotables, al menos en la escala de tiempo
humana. Estos recursos consisten en flujos de energía que tienen lugar
de forma constante en los procesos terrestres (como la energía solar, la
energía hidráulica, el viento, la energía geotérmica o la energía de los
océanos) o son materiales con energía almacenada pero de rápida
regeneración, como la biomasa.
2. LOS COMBUSTIBLES FÓSILES.
Las principales fuentes de energía que usamos en la actualidad son sustancias
formadas a partir de la transformación, en el interior de la corteza terrestre, de
restos de organismos que habitaron el planeta hace millones de años. Estas
sustancias se conocen con el nombre general de combustibles fósiles, y son
el carbón, y los hidrocarburos: petróleo y gas natural.
2.1. EL CARBÓN.
El carbón es el combustible fósil más abundante. Fue la principal fuente de
energía durante la Revolución Industrial. En la actualidad ha disminuido su
importancia, pese a su abundancia, debido a la dificultad de su extracción y
distribución y a los problemas ambientales que originan su explotación y su
combustión.
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LA FORMACIÓN DEL CARBÓN.
El carbón se ha formado prácticamente en todos los continentes y en todas las
épocas geológicas, aunque las condiciones más adecuadas para ello se dieron
en el período del Carbonífero (hace 347 a 280 millones de años).
La calidad del carbón está determinada fundamentalmente, por la cantidad de
energía que almacena (su riqueza en carbono), que depende del grado de
enterramiento y de calor que soportó el yacimiento durante el proceso de
litificación (maduración). Los mejores carbones serán aquellos que, debido a que
han soportado mayores presiones y temperaturas, tienen menos agua y
componentes volátiles y más carbono. Según esto, los tipos de carbones se
clasifican, en función de su contenido en carbono, en antracita (90 a 95% de
carbono), hulla (80%), lignito (70%) y turba (45 a 60%).
USOS DEL CARBÓN.
El carbón es un combustible sólido que se puede quemar directamente. Sus
usos principales son la obtención de energía eléctrica en centrales
térmicas, la industria metalúrgica y la calefacción doméstica.
El gas producido a partir del carbón ha sido utilizado durante muchos años para
iluminar las calles y como combustible doméstico. Actualmente, ha sido
sustituido por el gas natural, que es más barato y tiene mayor poder calorífico.
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2.2. LOS HIDROCARBUROS: PETRÓLEO Y GAS NATURAL.
Los hidrocarburos son moléculas compuestas principalmente por carbono e
hidrógeno combinados de diversas formas. Los principales yacimientos de
hidrocarburos naturales son los de petróleo y gas natural.
Estos combustibles fósiles son mezclas de varios tipos de hidrocarburos que
contienen pequeñas cantidades de azufre, nitrógeno y oxígeno.
Los hidrocarburos más simples son gaseosos y componen el gas natural, que
consiste, en gran parte, en metano y otros compuestos que contienen cuatro o
menos átomos de carbono por molécula (etano, propano y butano). Si sólo está
formado por metano, recibe el nombre de gas seco, mientras que si presenta
cantidades superiores al 4,5% de etano y gases más pesados se denomina gas
húmedo.
En cambio, los hidrocarburos que contienen un gran número de átomos de
carbono por molécula son líquidos o semisólidos y forman parte del petróleo.
Este tipo de compuestos son químicamente complejos, y tan numerosos que
difieren entre los distintos yacimientos.
FORMACIÓN Y UBICACIÓN DE LOS YACIMIENTOS DE HIDROCARBUROS.
El petróleo y el gas natural se originan al descomponerse los restos de
organismos marinos (básicamente fitoplancton y zooplancton) acumulados en
los sedimentos de los fondos oceánicos que van quedando enterrados juntos a
los sedimentos inorgánicos que llegan a la cuenca. La descomposición por
bacterias inicia el proceso que produce los distintos hidrocarburos.
Para la formación de un yacimiento de petróleo o gas son necesarias tres
condiciones:
 Una roca madre, generalmente una roca sedimentaria de grano fino,
originada por diagénesis a partir de los sedimentos que contienen la
materia orgánica y en la que se producirá la descomposición de ésta.
 Una roca almacén, porosa o fracturada, hasta la que migra el petróleo
una vez formado y en la que se acumula.
 Una trampa, que es una roca impermeable o estructura geológica unida
a ella, que retiene el petróleo, en su migración hacia la superficie, e impide
que llegue a entrar en contacto con la atmósfera.
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EL PETRÓLEO. EXPLOTACIÓN Y UTILIZACIÓN.
La humanidad conoce y explota el petróleo desde la Antigüedad; se tiene
constancia de que los romanos lo extraían de yacimientos muy superficiales y lo
quemaban para caldear algunas termas. Sin embargo, la explotación de los
yacimientos más profundos y su utilización generalizada como fuente de energía
datan del siglo XX. La civilización actual está basada en el uso del petróleo, ya
que de él se obtienen tanto productos para usos energéticos como materias
primas para procesos industriales. Por eso, uno de los principales problemas de
la economía mundial es la necesidad de encontrar soluciones al futuro
agotamiento del petróleo.
El petróleo se extrae con torres de perforación que pueden perforar corteza
continental, o bien corteza oceánica (en este último caso, la extracción se hace
en las denominadas plataformas petrolíferas).
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Una vez el petróleo es extraído éste es transportado con facilidad mediante
oleoductos o barcos petroleros. Su destino son las plantas petroquímicas,
donde es sometido a un tratamiento químico o proceso de refino llamado
destilación fraccionada, por lo que se separan sus componentes y se fabrican
y almacenan combustibles, lubricantes, fibras textiles, plásticos, detergentes,
parafinas, betunes, resinas, abonos, herbicidas, disolventes, etc. Por sus
múltiples aplicaciones y por las ganancias que genera, al petróleo se le ha
llamado “oro negro”.
EL GAS NATURAL. EXPLOTACIÓN Y UTILIZACIÓN.
La extracción del gas natural para su uso con fines energéticos comienza en la
década de 1930 en los EEUU.
Dado que el gas se forma junto con el petróleo y se acumula mezclado o por
encima de este, su extracción se basa en los mismos métodos de sondeo y
perforación que con el petróleo. Una vez el gas sale del yacimiento, éste es
purificado y licuado para facilitar su transporte y almacenamiento.
Posteriormente, es llevado mediante tuberías (gaseoductos) o en buques
provistos de tanques especiales, hasta los puntos de consumo.
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En cuanto a su uso, el gas natural es un combustible eficaz, con un coste
moderado, y menos contaminante que los otros combustibles fósiles. En la
actualidad se emplea mucho tanto en el ámbito doméstico (calefacción, agua
caliente sanitaria, cocina, etc.) como en la industria (fabricación de cristal
laminado, de acero de alta calidad, etc.) y el transporte (algunos motores de
explosión funcionan ya con este combustible).
Por estas razones económicas y ambientales, el consumo de gas natural ha
crecido mucho en los últimos tiempos. Las reservas son todavía abundantes
y se supone que quedan yacimientos sin descubrir. Sin embargo, este recurso
energético no renovable también se agotará si sigue el ritmo de explotación
actual.
2.3. PROBLEMAS Y SOLUCIONES AL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES.
PROBLEMAS.
Los dos principales problemas derivados de la explotación de los recursos
energéticos no renovables son los que se relacionan con su agotamiento y con
los impactos ambientales que ocasionan.
Agotamiento y dependencia energética.
En la actualidad, todos los países del mundo dependen en mayor o menor
medida de los recursos energéticos no renovables, especialmente de los
combustibles fósiles, de forma que, si no dispusieran de ellos, aunque solo fuera
temporalmente, verían frenado su desarrollo de forma drástica.
La situación es todavía más grave en los países muy industrializados que
necesitan disponer de energía sin interrupción; la situación en estos países es
tan frágil que una escasez temporal de petróleo, por ejemplo, debido a conflictos
bélicos, o a una fuerte subida del petróleo, puede tener repercusiones muy
graves sobre sus economías.
Los impactos ambientales.
Los principales impactos son los siguientes:
 La contaminación y los residuos. La quema de los combustibles fósiles
produce contaminantes atmosféricos tóxicos para los organismos y,
además, favorece el efecto invernadero, causando un calentamiento
climático global. Por otro lado, el petróleo y sus derivados generan
importantes impactos ambientales en los ecosistemas si se vierten
intencionada o accidentalmente mientras se transportan o se usan.
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 Los impactos paisajísticos. Cualquier instalación destinada a la
explotación o el uso de las fuentes de energía no renovables (como las
centrales térmicas, los tendidos eléctricos y las explotaciones de carbón,
petróleo y gas natural) supone un importante deterioro del paisaje.
SOLUCIONES.
Dado que los problemas del uso irracional de los recursos energéticos no
renovables tienen una intensidad y una repercusión crecientes, se han
empezado a desarrollar una serie de políticas energéticas para hacer
compatibles el desarrollo económico y la protección del medio ambiente.
Estas políticas tienen como objetivos fundamentales tomar medidas tendentes
a la diversificación energética, la eficiencia en el uso de las energías no
renovables y el ahorro de energía.
La diversificación energética.
Es la sustitución progresiva de las fuentes de energía no renovables por otras
renovables o con menor impacto ambiental. Las principales líneas de trabajo en
muchos países se dirigen al desarrollo de sus propios recursos energéticos,
sobre todo de los renovables, para reducir la dependencia energética de un solo
tipo de recursos.
Uso eficiente y ahorro de energía.
Mientras se produce la diversificación energética, no se puede renunciar al uso
de las demás fuentes de energía. Así, se trata de emplear los recursos
energéticos no renovables de una forma racional, para alargar la duración de
sus reservas (reduciendo su consumo) y para minimizar o corregir sus
impactos en el medio ambiente. Este uso racional se basa en:
 El fomento de la eficiencia en el uso de la energía. Consiste en la
promoción de programas de investigación dedicados a aumentar la
eficacia o reducir las emisiones en todos los sistemas que usan
combustibles fósiles o electricidad (motores, centrales generadoras de
electricidad, sistemas de calentamiento de materiales en el hogar o la
industria, etc.).
 Diversas medidas para el ahorro de energía. Entre ellas destacan las
campañas de información y sensibilización ciudadana, las subvenciones
a los transportes públicos o la creación de un impuesto, denominado tasa
de aplicación ecológica, que se añade al precio de la energía y que se
destina a amortiguar sus impactos.
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Medidas para ahorrar energía.
 Iluminación. Sustituir las antiguas bombillas por lámparas de bajo
consumo.
 Baño. Regular el agua caliente a temperaturas por debajo de los 40ºC.
 Aire acondicionado. Regular el equipo para tener temperaturas
cercanas a los 20ºC.
 Ordenador. Configurar el ordenador y la impresora en modo “ahorro”.
 Electrodomésticos. Elegir electrodomésticos eficientes, de calificación
energética tipo A.
 Calefacción. Aislar habitaciones y ventanas y mantener el termostato
entre 20-22ºC.
 Transporte. Utilizar el transporte público en lugar del coche particular.
 Televisor. Apagar el botón de los equipos en lugar de dejar el “stand-by”.
3. LA ENERGÍA NUCLEAR.
Los núcleos de los átomos que forman la materia contienen grandes cantidades
de energía, que se libera cuando estos sufren reacciones nucleares, es decir,
interacciones de un núcleo con otros o con partículas elementales, de forma que
se modifica su composición de protones y neutrones y parte de su materia se
convierte en energía.
La ciencia actual es capaz de producir dos tipos de reacciones nucleares que
permiten liberar esta energía nuclear: la fisión, en la que se rompe un núcleo
atómico de gran tamaño, y la fusión, en la que se unen pequeños núcleos para
formar uno mayor.
En los dos tipos de reacciones se desprenden mucha energía. Sin embargo,
hasta la fecha, sólo se ha conseguido controlar la fisión para generar energía
eléctrica, ya que la fusión presenta ciertas dificultades técnicas aún no resueltas.
LA ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN.
En la fisión nuclear se bombardea con neutrones el núcleo de un isótopo de
uranio (el “combustible nuclear”) para dividirlo en dos núcleos más ligeros y
neutrones libres capaces de provocar más fisiones. Esto inicia una reacción en
cadena que genera mucha energía.
Si no se controla, la reacción en cadena de la fisión nuclear, se origina el
conocido proceso explosivo de las bombas atómicas. Para poder controlar la
reacción, se encierra ésta en un recipiente, llamado reactor nuclear, en el que
se utilizan bajas concentraciones de uranio.
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Además, se disponen de unas barras de control deslizantes de boro o de
cadmio, que absorben neutrones, para regular el número de fisiones producidas.
El número de neutrones absorbidos varía según se introduzcan más o menos
estas barras de control entre las varillas del combustible, controlando así la
energía que se produce.
VENTAJAS DE LA FISIÓN NUCLEAR.
 Genera una gran cantidad de energía eléctrica, que resulta muy barata
una vez superados los gastos iniciales de construcción de la central y de
preparación del combustible nuclear.
 Si la central funciona correctamente, no produce contaminantes para
la atmósfera como los combustibles fósiles, es decir, se puede considerar
una energía limpia.
INCONVENIENTES DE LA FISIÓN NUCLEAR.
 La disponibilidad del Uranio-235 que representa únicamente el 0,7%
del uranio natural contenido en las menas. Además, las reservas de
Uranio son limitadas y aunque podrían garantizar el abastecimiento
durante bastante tiempo, también se agotarán.
 Se generan residuos radiactivos de alta intensidad que siguen siendo
tóxicos durante miles de años.
 Es muy difícil encontrar un lugar seguro para estos residuos, y su
almacenamiento supone la transmisión del problema a las generaciones
futuras.
 La potencial peligrosidad. En teoría, las centrales nucleares son
seguras, ya que se construyen para garantizar que no se escapen
radiaciones o sustancias radiactivas al exterior del reactor. Sin embargo,
los accidentes como el de la central nuclear de Chernóbil (Ucrania, abril
1986) y los residuos que generan las centrales, hacen que esta energía
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sea considerada muy peligrosa e incluso que algunos países se nieguen
a instalarla en su territorio.
 Las dificultades técnicas. Las centrales nucleares requieren tecnologías
muy caras y complejas que no están al alcance de todos los países.
 Impactos paisajísticos. Las centrales nucleares, los tendidos eléctricos,
así como las explotaciones de uranio supone un importante deterioro del
paisaje.
4. LAS ENERGÍAS ALTERNATIVAS.
En vista de los problemas que implica la utilización de las fuentes de energía
actuales, se están buscando otras alternativas, algunas de las cuales son nuevas
y otras no tanto, pero casi todas ellas son renovables (la energía geotérmica es
no renovable) y de bajo impacto ambiental (exceptuando la energía
hidroeléctrica cuyo impacto ambiental es elevado).
Para evaluar su posible uso futuro observaremos algunos factores, entre ellos
su disponibilidad actual y su coste económico, ya que en nuestra sociedad no se
realizará el cambio a otras fuentes energéticas que no sean competitivas.
Un grave problema para la adopción de las nuevas energías es la inexistencia
de la infraestructura necesaria para su uso. Además, algunas de las nuevas
fuentes de energía pueden funcionar bien a pequeña escala, pero presentan
problemas al intentar explotarlas a lo grande.
4.1. RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA ATMÓSFERA: ENERGÍA SOLAR Y
ENERGÍA EÓLICA.
4.1.1. ENERGÍA SOLAR COMO RECURSO.
La energía solar que llega a la Tierra en forma de radiaciones electromagnéticas
(sobre todo, luz y calor) constituye una fuente energética que el ser humano
puede utilizar directamente o mediante sistemas especiales de captación y
conversión en otras formas de energía.
La energía solar, junto con la eólica, es la energía renovable que más desarrollo
ha experimentado en los últimos años.
APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR.
El aprovechamiento eficaz de la energía procedente del Sol es reciente, ya que
exige una cierta capacidad tecnológica. Para lograrlo, hay dos tipos de sistemas:
unos usan la energía calorífica del Sol para calentar (sistemas de captación
solar térmica); otros transforman la energía luminosa del Sol directamente en
electricidad (sistemas fotovoltaicos).
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 Sistemas de captación solar térmica: Emplean materiales absorbentes
(que se calienten y puedan transferir el calor), reflectantes (para dirigir y
concentrar las radiaciones solares hacia el absorbente) y aislantes (para
evitar que el calor captado se pierda).
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 Sistemas fotovoltaicos: Las células fotovoltaicas convierten
directamente la energía solar en electricidad. Son pequeñas superficies
planas elaboradas con un material semiconductor (generalmente, silicio)
que presenta dos zonas bien diferenciadas, cada una con una
“concentración” diferente de electrones: una es de silicio tipo P
(positivo) (deficitario de electrones) y otra de silicio tipo N (negativo)
(con exceso de electrones). Cuando la luz incide sobre la célula solar, se
crea un flujo de electrones (corriente eléctrica) entre los dos tipos de
silicio, que es recogido por unos contactos metálicos.
Las instalaciones fotovoltaicas se pueden utilizar de forma autónoma,
aplicadas a edificios u objetos aislados de la red eléctrica (señales de
tráfico, bombas de agua, satélites artificiales, etc.) También pueden
conectarse a la red general, para ceder la totalidad de su producción
(centrales fotovoltaicas) o los excedentes (instalaciones de aporte
complementario).
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VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA SOLAR.
Ventajas:
 Su renovabilidad.
 Escaso impacto ambiental, no emite gases y produce pocos residuos.
 Escaso coste de la energía que proporciona tras amortizar la inversión
inicial.
 Versatilidad ya que permite instalaciones particulares o que exporten
energía a la red general.
Inconvenientes:




Dependencia de la meteorología.
Falta de suficientes horas de sol al año en algunos lugares.
Elevado coste y la complejidad de algunas instalaciones.
Dependencia de acumuladores de los sistemas fotovoltaicos, que
contienen sustancias contaminantes.
4.1.2. LA ENERGÍA EÓLICA COMO RECURSO.
La energía eólica es la energía cinética del viento. Los desplazamientos de las
masas de aire que tienen lugar en la atmósfera son una fuente de energía
renovable que el ser humano puede aprovechar directamente o transformar en
otras formas de energía.
SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA EÓLICA.
Todos los métodos para aprovechar la energía de las corrientes de aire lo hacen
a través de perfiles aerodinámicos, que son superficies con una forma
asimétrica (uno de sus lados es cóncavo, y el otro, convexo) que obliga al viento
a pasar a mayor velocidad por la zona convexa que por la cóncava, lo que
produce una variación en la presión, y esta variación de presión va a generar
una fuerza, de tal modo que, si una o más de estas superficies aerodinámicas
se conectan a un vehículo, pueden moverlo (como ocurre en los barcos que
consiguen impulso gracias a las velas); si se conectan a un eje, lo hacen girar
(como en las máquinas eólicas, que emplean palas).
Estos métodos de aprovechamiento de la energía eólica no han sufrido
variaciones sustanciales desde la Antigüedad (barcos, molinos o bombas de
agua), si bien se han perfeccionado. Las máquinas eólicas han mejorado su
diseño y su tecnología y consiguen un aprovechamiento más eficaz de la energía
eólica.
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Las que se conectan a generadores de energía eléctrica se llaman
aerogeneradores, aunque también se usan como aeromotores, para mover
bombas de agua, desaladoras, etc.
Estas máquinas pueden utilizarse tanto de forma autónoma (para cubrir las
necesidades energéticas de un particular o de una pequeña comunidad), como
de forma centralizada en forma de parque eólico (gran número de
aerogeneradores que vierten la energía eléctrica que generan a la red eléctrica
general).
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA EÓLICA.
En las zonas con suficiente viento, la producción de la electricidad mediante
aerogeneradores es una fuente de energía renovable competitiva frente a otras,
y se perfila como un importante complemento de la obtenida de otras fuentes
renovables o de las tradicionales no renovables. Sin embargo, todavía presenta
ciertos inconvenientes operativos y no está exenta de impactos
medioambientales.
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Ventajas:
 Fuente energética totalmente renovable y bastante limpia, que reduce la
dependencia energética de combustibles fósiles y nucleares.
 La construcción de los equipos que emplea no es demasiado costosa ni
complicada.
 Los costes de manipulación y mantenimiento son bajos.
 Generan numerosos puestos de trabajos.
Inconvenientes:
 Sus instalaciones tienen impactos ambientales, sobre todo, destruyen la
estética del paisaje, conllevan riesgos para las aves, generan ruidos, etc.
 Su rendimiento energético es escaso, ya que los vientos son
intermitentes y aleatorios; por eso, resulta arriesgado depender de esta
energía de manera exclusiva, incluso recurriendo a acumuladores.
 Provocan interferencias en radares, transmisiones de televisión, etc.
4.2. RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA HIDROSFERA: LA ENERGÍA DE
LOS OCÉANOS Y LA ENERGÍA HIDRÁULICA.
4.2.1. LA ENERGÍA DE LOS OCÉANOS.
Los océanos contienen gran cantidad de energía que es posible aprovechar.
Casi toda procede principalmente de los movimientos de los movimientos de
agua de mar (como las mareas o las olas) y de las diferencias de temperatura
entre las distintas capas de agua. Los principales sistemas de aprovechamiento
de estas formas de energía son los siguientes:
 Aprovechamiento de la energía de las mareas: La diferencia de altura
del agua entre la bajamar y la pleamar genera un desnivel que puede
transformarse en energía cinética del agua en movimiento. Para
aprovechar esta circunstancia, las centrales mareomotrices cuentan con
diques que forman un embalse costero en el que el agua entra y sale a
través de las turbinas de la base de la presa, generando así la electricidad.
Una de las centrales mareomotrices más importantes es la que se
encuentra en el río Rance en Francia (Fotos abajo).
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 Aprovechamiento de la energía de las olas: En los últimos años, se ha
investigado mucho sobre el aprovechamiento de las olas para la
producción de energía. Aunque hay muchos prototipos, los más
desarrollados en la actualidad son los denominados Pelamis. En España
se está utilizando como prototipo una boya que hace subir y bajar una
parte flotante que transmite esta energía a un generador de electricidad,
la cual se distribuye mediante un cable submarino.
Prototipo Pelamis
Prototipo boyas
 Aprovechamiento de las diferencias térmicas del agua de mar: La
diferencia de temperatura entre las capas superficiales calientes y las
profundas más frías de los océanos (que es máxima en los mares
tropicales) se puede transformar en energía en las llamadas máquinas
talasotérmicas.
El método emplea un líquido que se evapora y se expande a la
temperatura de las aguas cálidas, y que vuelve a licuarse en las aguas
frías profundas. El fluido al evaporarse, mueve unas turbinas
generadoras. Cuando el gas vuelve a licuarse en las capas frías, se cierra
el ciclo.
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VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ.
Ventajas:
 La energía mareomotriz es una energía renovable y silenciosa.
 Es una energía limpia que no produce gases de efecto invernadero.
 Se pueden obtener grandes cantidades de energía de una manera muy
eficiente e ilimitada, ya que las mareas, en los lugares donde se producen
son muy regulares.
Inconvenientes:
 El impacto en ocasiones es importante en el medio donde se encuentran
las instalaciones.
 Otro inconveniente importante es el económico, ya que la inversión inicial
para la construcción de una central mareomotriz es elevada.
4.2.2. LA ENERGÍA HIDRÁULICA.
La energía hidráulica es la que se obtiene al aprovechar la caída del agua
desde cierta altura.
Para aprovechar la energía hidráulica, es necesario un salto de agua o desnivel
lo bastante grande para que el agua, al caer, adquiera suficiente energía cinética
a costa de su energía potencial.
APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA.
La energía hidráulica se obtiene en las denominadas centrales hidroeléctricas.
Son zonas donde el caudal de agua es lo suficientemente elevado y regular. En
ellas se encuentran las denominadas máquinas hidráulicas (turbinas),
capaces de moverse empujadas por el flujo del agua, por medio de las cuales se
transforma la energía cinética en energía mecánica. Estas turbinas se conectan
a generadores de electricidad.
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Las centrales hidroeléctricas cuentan con sistemas para regular la cantidad de
agua que pasa por las turbinas, con el fin de producir solo la cantidad de
electricidad que se necesita para la demanda existente en cada momento.
Según la forma en que se lleva a cabo esta regulación, se distinguen dos tipos
de centrales: las centrales con embalse y las fluyentes.
CENTRALES CON EMBALSE.
En este tipo de centrales, se construye una presa que obstruye el cauce del río,
y se forma un embalse, capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes
y que eleva notablemente el nivel del agua. La central se suele situar al pie de la
presa para aprovechar el desnivel entre el agua del embalse y el primitivo cauce
del río. Suelen ser de gran tamaño y muy potentes, por lo que pueden generar
una gran cantidad de energía eléctrica.
Ventajas:
 El agua embalsada también puede servir para el consumo humano, para
riego o para actividades deportivas.
 El rendimiento energético es muy alto y la producción de energía eléctrica
es muy grande.
 La energía producida es barata.
 El caudal del río queda regulado, lo que reduce el riesgo de crecidas y
asegura agua suficiente para todo el año aunque no llueva.
Inconvenientes:
 Los embalses inundan y destruyen zonas de cultivo, pueblos y
ecosistemas fluviales.
 Obstruyen el río, se llenan con los sedimentos que este arrastra e impiden
el desplazamiento a lo largo del río de los animales fluviales.
 La construcción de las presas suele ser muy costosa.
 Necesitan largos tendidos para llevar la electricidad hasta los grandes
centros de consumo, que a menudo están muy alejados.
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LAS CENTRALES FLUYENTES.
En estas centrales (también denominadas de pasada) no hay embalse.
El agua es retenida simplemente por un dique especial, denominado azud, y
desviada hacia la central mediante un canal, el canal de derivación, hasta una
pequeña zona de carga desde donde se lanza hasta la turbina por una tubería
forzada. El control del caudal se hace dejando pasar más o menos agua al canal
de derivación. Una vez que el agua mueve la turbina, se devuelve al cauce
natural de río.
Estas centrales suelen ser de menor tamaño que las centrales con embalse y
generan menos energía, por eso se denominan minicentrales. Se instalan sobre
ríos que presentan pocas variaciones de caudal.
Ventajas:
 Tienen un escaso impacto ambiental, ya que no modifican el paisaje ni los
ecosistemas fluviales, porque no tienen que embalsar agua.
 Su construcción es poco costosa.
 Su tecnología es sencilla.
 No se necesitan largos tendidos eléctricos, porque los centros de
consumo están cerca de la central.
Inconvenientes:
 El rendimiento energético es menor que en las centrales con embalse,
puesto que no aprovechan toda la energía contenida en el cauce.
 Dependen de que el caudal del río sea relativamente constante a lo largo
del año, por lo que no pueden instalarse sobre cauces que se sequen en
verano.
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4.3. RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA GEOSFERA: LA ENERGÍA
GEOTÉRMICA.
El calor existente en el interior de la Tierra es también una fuente de energía. En
las zonas volcánicas es posible utilizar la energía geotérmica para obtener
vapor de agua y agua caliente.
En algunos lugares existen fuentes geotérmicas que brotan de forma natural, ya
sea como agua caliente, como en los balnearios o en otras fuentes naturales; o
en forma de vapor (géiseres).
En las centrales geotérmicas se puede introducir agua fría a través de cañerías
a cierta profundidad y recoger el vapor de agua que sale a presión a través de
otras cañerías. El vapor es capaz de mover una turbina que, a su vez, hace girar
un generador. Este último transforma la energía cinética en energía eléctrica.
También se puede aprovechar el agua caliente resultante del proceso para la
calefacción y agua caliente de los hogares y para calentar los invernaderos,
como es el caso de Islandia.
Las perforaciones modernas han conseguido llegar hasta los 3500 metros de
profundidad y, como es lógico, cuanto más abajo se llegue la energía geotérmica
será mayor.
El problema de este tipo de energía es que no es renovable, pues la energía
térmica de los pozos no dura más de 15 años y, sin embargo, tarda millones de
años en volver a regenerarse.
La ventaja es que es una energía limpia (no emite contaminantes).
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4.4. RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA BIOSFERA: LA ENERGÍA DE LA
BIOMASA.
La energía de la biomasa es la que está contenida en las moléculas orgánicas
que componen la materia de los seres vivos.
La biomasa es energía solar que los organismos productores almacenan en
forma de enlaces químicos de alta energía gracias a la fotosíntesis, que se
distribuye a todos los demás organismos mediante las relaciones alimentarias
que se producen en las cadenas tróficas.
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TIPOS DE BIOMASA UTILIZABLES.
El ser humano obtiene la biomasa destinada a la producción de energía de tres
formas fundamentales: de los ecosistemas, de los biocultivos y de los
excedentes agrícolas y de residuos.
 Biomasa extraída de ecosistemas: Una buena parte de la biomasa que
se aprovecha en el mundo se extrae de ecosistemas naturales y procede
de la tala de ciertas especies vegetales para la obtención de leña.
 Biomasa procedente de biocultivos: En muchos países se ha
planteado el desarrollo de cultivos agrícolas o forestales que tengan la
finalidad de proporcionar específicamente productos energéticos. Las
especies más utilizadas suelen tener ciertas características: un alto
contenido energético (eucalipto, remolacha, ciertos cereales, etc.), un
crecimiento rápido (por ejemplo, algunas plantas acuáticas) o la
facultad de crecer en climas y suelos que no sirven para cultivos más
exigentes (por ejemplo, las chumberas).
 Biomasa excedentaria y residual: En muchos casos, los excedentes de
cultivos agrícolas no destinados a la obtención de energía pueden ser
usados para obtener energía. Es lo que ocurre, por ejemplo, con cultivos
como los cardos, los girasoles o el lino, parte de los cuales se destina a la
producción de alimentos o productos industriales y parte a la obtención
de biocombustibles.
En cuanto a los residuos, se pueden utilizar para la obtención de energía
todos aquellos que tengan naturaleza orgánica y no se destinen a otros
usos. Los más empleados son los que resultan de actividades humanas
diversas, como la limpieza y el cuidado de los bosques, las labores
agrícolas, las industrias de la madera o la actividad ganadera
(excrementos). En los últimos tiempos también se ha comenzado a utilizar
la parte orgánica de los residuos sólidos urbanos y los lodos de las
depuradoras de aguas residuales.
MÉTODOS PARA OBTENER ENERGÍA DE LA BIOMASA.
Para aprovechar la energía contenida en la biomasa, se emplea algún proceso
que rompa sus enlaces químicos, de manera que la energía contenida en ellos
se libere en forma de calor. Este puede aprovecharse de forma directa (para
calentar viviendas o para cocinar) o transformarse en electricidad (mediante
generadores de vapor, turbinas y generadores eléctricos).
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El procedimiento más usado para llevar a cabo este aprovechamiento es la
combustión, bien de la biomasa en bruto, bien de los productos
(biocombustibles) obtenidos a partir de ella mediante distintos tratamientos.
La Combustión de la Biomasa.
La biomasa arde a 600-1300 ºC en presencia de oxígeno. Este proceso implica
la transformación de la energía química en energía calorífica, que se puede
utilizar de forma directa, o bien, distribuir y transformar por medio de
distintos tipos de instalaciones. Por ejemplo:
 Plantas o instalaciones industriales, que emplean el calor en sus
grandes sistemas de calefacción para producir vapor de agua, que
después utilizan para mover motores o turbinas que activan generadores
de energía eléctrica. Es el caso de las incineradoras que producen
electricidad o suministran calefacción.
 Sistemas de calefacción y de agua caliente de domicilios particulares,
comunidades de vecinos, etc. Estos sistemas utilizan calderas
especialmente diseñadas para la combustión de biomasa o antiguas
calderas de carbón adaptadas a la combustión de esta.
Tratamientos para la producción de biocombustibles.
Los tratamientos para la producción de biocombustibles son procesos que
transforman la biomasa en otros productos derivados, con mayor capacidad
calorífica y versatilidad. Estos productos se denominan genéricamente
biocombustibles, y pueden ser sustancias sólidas, líquidas o gaseosas. Para
producirlos se llevan a cabo distintos tratamientos, que pueden ser
termoquímicos o bioquímicos.
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Dentro de los tratamientos termoquímicos se diferencian:
 La gasificación. Es un tratamiento termoquímico que consiste en
someter a la biomasa a un proceso de combustión incompleta por falta de
oxígeno. De los procesos de gasificación se puede obtener combustibles
líquidos y metanol, que se pueden utilizar como sustitutivos de los
derivados del petróleo. También se pueden obtener productos
denominados gas pobre o gasógeno, que se utiliza como combustible
para motores diésel o para producir electricidad.
 La pirolisis o carbonización. Tratamiento termoquímico que consiste en
transformar la biomasa por acción del calor y en ausencia de oxígeno. Se
obtiene una mezcla de productos sólidos (carbón vegetal, alquitranes,
etc.), líquidos (gasolinas) y gaseosos (gas de síntesis), algunos de los
cuales son combustibles. Esta mezcla varía dependiendo del tipo de
biomasa que se utilice en el proceso.
Dentro de los tratamientos bioquímicos se diferencian:
 La digestión anaeróbica. Es un proceso bioquímico que somete a la
biomasa a la acción de bacterias en un ambiente sin oxígeno. Se lleva a
cabo en unos aparatos llamados digestores. Produce una mezcla de
gases denominado biogás, que se puede utilizar como combustible en
cocinas, calentadores, motores o generadores de energía eléctrica.
 La fermentación alcohólica. Este proceso permite obtener alcoholes,
principalmente metanol y etanol, a partir de la biomasa y utilizando la
acción de levaduras como las del género Saccharomyces.
 La esterificación o transesterificación. Este tratamiento se emplea para
producir el biodiesel. En el proceso se utilizan aceites procedentes de
plantas oleaginosas (como la colza, la soja o el girasol) o bien aceites de
fritura usados y grasas animales. Este biocarburante es el de mayor
implantación en Europa, con un porcentaje cercano al 80% del total de la
producción.
APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LA BIOMASA.
Ventajas:
 La biomasa es una energía renovable y un combustible biodegradable.
 Tiene un escaso impacto ambiental.
 Representa un beneficio ecológico y económico para muchas
comunidades rurales, pues su uso conlleva un considerable ahorro de
combustibles fósiles.
 Es un método muy útil para la eliminación de residuos.
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Inconvenientes:
 El principal inconveniente está relacionado con la producción de
sustancias contaminantes (CO2 y otras sustancias nocivas) tanto durante
la quema de biomasa como durante la elaboración y la combustión de los
biocombustibles.
 Tienen un bajo rendimiento energético (comparado con los combustibles
fósiles).
 Elevado coste y la alta ocupación del territorio que suponen las
instalaciones necesarias para la recolección, su preparación y su
almacenamiento.
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