ENERGÍA. DESCRIPCIÓN Y APLICACIONES

ENERGÍA. DESCRIPCIÓN Y APLICACIONES
EN LOS PRÓXIMOS VEINTE AÑOS, LA DEMANDA MUNDIAL DE ENERGÍA SE DUPLICAR√Å PARA RESPONDER, EN
PARTICULAR, A LAS NECESIDADES DE LOS PAÍSES EN DESARROLLO. SI PERSISTIESE EL PATR√ìN ACTUAL DE
CONSUMO MASIVO DE ENERGÍAS FÓSILES (PETRÓLEO Y CARBÓN), SE LLEGARÍA A UNA SITUACIÓN SIN SALIDA
POR DOS MOTIVOS: EL AGOTAMIENTO DE ESTOS RECURSOS Y EL YA CRÍTICO CALENTAMIENTO PLANETARIO POR
EFECTO DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO. A ELLO SE AÑADE LOS GRAVES DAÑOS PARA LA SALUD QUE
ENTRAÑA LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA.
Ante esta situación la política energética de la Unión se dirige por
una parte a incrementar la aportación de las energías renovables al
total del consumo en Europa y por otro la optimización de las
tecnologías para una producción limpia de energía de origen fósil.
La situación energética radicalmente distinta después de Kioto
convierte las energías sostenibles y no contaminantes en una apuesta
considerable. El objetivo explícito de la estrategia energética europea
consistente en triplicar la proporción de éstas en los próximos 15
años ha dejado de ser un mero deseo para tornarse a necesidad.
ENERGÍAS RENOVABLES
En el año 2005 la contribución de las energías renovables a la
producción de energía era del 14% y del 10% a la generación de
calor, siendo la contribución global del 8,5%. El objetivo es que
estas energías supongan un 20% del consumo en Europa para el
año 2020.
Al frente de las energías renovables europeas que se explotan en la
actualidad, la energía hidráulica proporciona el 13% de la producción
de electricidad de la Unión. Al margen de la creación de microcentrales
fluviales adaptadas a situaciones concretas, la energía hidráulica
marina (olas y mareas) constituye en estos momentos el ámbito de
investigación más interesante.
La energía eólica ocupa el segundo lugar: el parque instalado
representa prácticamente una potencia total de 4 000 megavatios
(MW). En algunos lugares, las instalaciones alcanzan grandes
dimensiones, principalmente a lo largo de las costas del Mar del
Norte y en el Mediterráneo.
Gracias a la investigación intensiva en los ámbitos de la aerodinámica
y la mecánica, se han logrado progresos técnicos considerables y un
coste del kilovatio-hora muy competitivo. Las modernas turbinas
eólicas extraen la energía del viento mediante la transferencia de la
velocidad del aire a las aspas del rotor. La energía que puede ser
generada por las turbinas depende de la densidad del aire, la velocidad
del viento y el tamaño de la turbina. Los rotores de la mayoría de
las turbinas se colocan frente al viento y se mueven siguiendo los
cambios en la dirección del viento. La energía se concentra en el
eje rotatorio se convierte en electricidad.
El desarrollo de potentes centrales eólicas sobre plataformas en alta
mar abre prometedoras perspectivas para este sector. La primera
granja eólica en alta mar se construyó en 1998 en el Mar Báltico,
cerca de la isla de Gotland. El proyecto DOWNVInD (2007) dirigido
a los avances tecnológicos que permitan el desarrollo de parques
eólicos marinos en alta mar. Incorpora un proyecto de demostración
para instalar y monitorizar dos generadores eólicos de turbina en las
aguas cercanas a la costa del Noreste de Escocia. Este proyecto
debería servir como pionero en el desarrollo de parques eólicos en
aguas profundas.
Las tecnologías del hidrógeno abarcan diversas tecnologías, desde
la producción, el almacenamiento y la distribución, a tecnologías de
uso final en distintos campos de aplicación. (.. la energía del
hidrógeno y las pilas…una visión para nuestro futuro, 2003. Cuadros
Resumen de las tecnologías de producción y de almacenamiento del
hidrógeno) Informe final del Grupo de alto nivel DG de Investigación
(Dirección J-Energía).
El hidrógeno no es una fuente de energía primaria como el carbón
y el gas, sino un vector energético. Inicialmente se producirá utilizando
los sistemas energéticos existentes basados en distintos sectores y
fuentes primarias convencionales. A plazo más largo, las energías
renovables se convertirán en la fuente más importante para la
producción de hidrógeno.
Los científicos van tras dos pistas distintas. Una, muy avanzada y
en fase de desarrollo, se refiere a las pilas de combustible. La otra,
mucho más remota, se refiere a la fusión de núcleos de hidrógeno.
A diferencia de las pilas convencionales, que agotan los reactivos
electroquímicos que generan la corriente, las pilas de combustible
son generadores de electricidad (y, accesoriamente, de calor) que
utilizan la reacción entre el hidrógeno que se renueva continuamente
(como combustible) y el oxígeno del aire (como comburente) para
producir agua liberando electrones.
En el área de la ciencia y la tecnología, Europa tiene una buena
capacidad de investigación básica, especialmente en los campos de
la química, la ciencia de materiales y los sistemas energéticos. Esto
es importante para varias tecnologías de hidrógeno y las pilas de
combustible.
Varios proyectos piloto europeos se han centrado en mercados
especializados, como la producción de hidrógeno a partir de energías
renovables y la conversión en ubicaciones remotas, el suministro
auxiliar de energía de reserva para hogares y el proyecto piloto
UCTE/ECTOS de 33 autobuses en 10 ciudades con 10 puestos para
reponer combustible y un presupuesto total de 100 millones de
euros.
En cuanto a los mercados y las industrias, Europa es líder en el
campo de la producción industrial, el tratamiento y la distribución
de hidrógeno, con protagonistas como Linde y Air Liquide. Varias
empresas, como Ahlstrom y Gotaverken, están desarrollando procesos
para la gasificación de biomasa. En el campo de la electrólisis
convencional, Hydro es uno de los principales fabricantes. En cambio
los fabricantes de PEMF (Pila de combustible de membrana de
intercambio de protones) europeos no están en buena posición para
entrar en el mercado de automoción si se les compara con las
empresas de Estados Unidos.
ENERGÍA NUCLEAR
En general se ha aceptado el uso del hidrógeno como portador de
energía como un prometedor sustituto futuro de los combustibles
fósiles que permitirá afrontar los problemas de la degradación del
medio ambiente y de suministro energético.
Las centrales nucleares producen actualmente alrededor de un tercio
de la electricidad y un 15 % de la energía consumida en la Unión
Europea (UE). Este sector representa una fuente de energía con baja
emisión de carbono y costes relativamente estables, lo que la hace
interesante desde el punto de vista de la seguridad del abastecimiento
y de la lucha contra el cambio climático. No obstante, corresponde
a cada Estado miembro elegir si desea recurrir a la energía nuclear
o no. En 1957 la Comunidad Europea de la Energía Atómica (Euratom)
creó las condiciones para el desarrollo de la energía nuclear en
Esta Campaña ha recibido financiación de la Comisión Europea (DG de Prensa y Comunicación)
Toda la información de la campaña en: www.idepa.es/Europa/I+D+i
¿Se convertirá el hidrógeno en el combustible renovable e inagotable
del futuro?
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Europa. Sus misiones incluían, en particular, el fomento de la
cooperación en el ámbito la investigación, la protección de la
población gracias al establecimiento de criterios de seguridad
uniformes, el abastecimiento suficiente y equitativo de minerales y
combustibles nucleares y el control del uso pacífico de las materias
nucleares, así como la cooperación con otros países y organizaciones
internacionales.
Desarrollar de forma sostenible la energía de fusión y responder a
las necesidades de la fisión nuclear en materia de seguridad, gestión
de los residuos, eficiencia y competitividad: éstos son los principales
objetivos del 7º PM específico de investigación y formación en
materia nuclear.
A cada uno de los tres ámbitos temáticos de investigación (energía
de fusión nuclear, energía de fisión nuclear y protección contra las
radiaciones) corresponden objetivos específicos, que darán lugar a
toda una serie de actividades para su aplicación en los próximos
cuatro años.
Además, se ha creado una empresa común europea, con sede en
Barcelona, para el ITER (reactor termonuclear experimental
internacional) y el desarrollo de la energía de fusión, con el fin de
fomentar la investigación científica y el desarrollo tecnológico en
este campo.
EL CARBÓN
En general se consideran tres maneras de enfrentar el problema:
captura post- combustión, captura pre-combustión y oxi-combustión.
La captura post- combustión puede instalarse ya en las plantas
existentes aunque la baja presión de CO2 en los gases de salida
hace que haya que tratar una gran cantidad de gases y encarece el
proceso. Las opciones desarrolladas a escala mayor son el lavado
con aminas. Otros procedimientos como la utilización de ciclos de
carbonatación calcinación están en fase de desarrollo.
Alternativamente la captura pre-combustión pasa por la gasificación
del carbón para formar gas de síntesis y, una vez eliminado el CO2
con un sistema similar al que podría aplicarse en el caso anterior,
el H2 resultante se quemaría sin emisión de CO2. Como ventaja
comparada con la anterior tiene que el volumen de gas a tratar es
mucho menor y que las plantas de gasificación integrada son más
eficaces, aunque solo sería aplicable en plantas de nueva creación.
La opción de oxi-combustión consiste esencialmente en quemar el
combustible con un gas carente de nitrógeno, para ello es preciso
la instalación de una unidad de separación de aire que proporcione
el oxígeno necesario, este oxígeno, mezclado con CO2 recirculado
para moderar la temperatura, será el gas de reacción y nos
proporcionará a la salida de la caldera una corriente casi pura de
CO2 lista para ser secada, comprimida y confinada. Las ventajas
que en principio tiene la oxi-combustión es que permite aprovechar
una parte de las instalaciones existentes, aunque por el momento,
las opciones tecnológicas disponibles para la unidad de separación
de gases (ASU) consumen mucha energía y penalizan la eficacia.
Los objetivos relativos a las energías renovables no son suficientes
para abastecernos de la energía que se requerirá. Por lo que el
consumo de combustibles fósiles, en especial el carbón, seguirá
siendo una necesidad.
El carbón en la actualidad es el combustible utilizado para la
generación del 40% de la electricidad mundial (84% en Austria,
75% en China, Sudáfrica y Dinamarca y 50% en EEUU) y del 70%
de la producción mundial de acero, siendo utilizado además en
innumerables procesos químicos (fabricación de ladrillos, azulejos,
cementos, plásticos, tintes y explosivos, etc).
A su favor el carbón tiene que es muy abundante con reservas
aseguradas de 450 años y probables de 2 billones de toneladas o
1.000 años al nivel de consumo actual, es económicamente accesible,
no está excesivamente localizado geográficamente y su transporte
es fácil y seguro.
En contra, el carbón tiene el ser el combustible con más contenido
de carbono y que, por lo tanto, más contribuye a las emisiones de
gases efecto invernadero (80% más emisiones que el gas natural),
siendo responsable del 47% de las emisiones de CO2 mundiales o
lo que es lo mismo 2.700 millones de toneladas anuales a nivel
mundial. Sólo en 11 grandes ciudades chinas la combustión de
carbón es responsable de 50.000 muertes prematuras anuales y
400.000 casos nuevos de bronquitis crónicas al año según afirma
un informe del programa de las Naciones Unidas para el medio
ambiente. En el mundo y según el Instituto Workdwatch es responsable
de un millón y medio de muertes anuales.
El futuro del carbón pasa por aumentar la eficiencia de las plantas
(un incremento del 10% en la eficiencia supone una reducción del
25% de las emisiones) y reducir los costes de generación. Para ello,
los diferentes programas nacionales e internacionales en esta
tecnología proponen el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en
carbón pulverizado, plantas de ciclo combinado (IGCC) y sobre todo
la integración del sistema de generación con tecnologías de captura
y almacenamiento de CO2. Los objetivos marcados son que en el
2030 todas las plantas térmicas de carbón tengan eficiencias entorno
al 45-50% (frente al 30% actual) y una captura del 90% de los
gases de efecto invernadero.
Esta Campaña ha recibido financiación de la Comisión Europea (DG de Prensa y Comunicación)
Dentro de estas opciones tecnológicas hay oportunidades de desarrollo
en membranas para separación de gases, catalizadores para optimizar
los procesos, materiales que aguanten temperaturas cada vez más
elevadas, etc...
En relación con la captura del CO2. En la reciente Conferencia sobre
el clima, celebrada en Nairobi (Kenia), algunos países han defendido
este procedimiento como manera de obtener créditos para emitir
CO2 y como posible proyecto de Mecanismo de Desarrollo Limpio
(MDL). Asimismo, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático
(IPCC en sus siglas inglesas), un equipo de expertos creado por
Naciones Unidas, subraya el futuro prometedor para las empresas
especializadas en tecnologías eficientes en carbono, con un mercado
que podría alcanzar los 500.000 millones de euros en 2050.
Toda la información de la campaña en: www.idepa.es/Europa/I+D+i
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No es de extrañar que países como Estados Unidos, la Unión Europea,
Australia, Japón o China aumenten sus inversiones en diversos
proyectos para cubrir las distintas posibilidades tecnológicas de
captura, transporte y almacenamiento del CO2. En Estados Unidos,
el proyecto "Futurgen" plantea la captura del CO2 procedente de la
producción de electricidad e hidrógeno a partir del carbón. Por su
parte, los responsables de "Weyburn" almacenan el CO2 emitido en
una planta de gasificación de carbón norteamericana para su posterior
transporte y almacenamiento en una reserva activa de petróleo en
Canadá, que también financia la investigación.
Por su parte, la UE ha triplicado la financiación de este tipo de
investigaciones, y alberga gran variedad de proyectos que tratan de
cubrir todas las posibles opciones. Por ejemplo, la ciudad danesa
de Esbjerg cuenta, dentro del proyecto "Castor", con la mayor planta
del mundo de almacenamiento de CO2 bajo tierra. Fruto del trabajo
de 30 socios industriales y diversos centros de investigación de 11
países europeos, sus responsables pretenden recoger el 90% del
CO2 de las centrales térmicas de carbón y hacer competitiva esta
tecnología.
Asimismo, los científicos atesoran muchas esperanzas en el Mar del
Norte. La empresa noruega Statoil viene bombeando desde 1996
varios millones de toneladas de este gas a una capa de arenisca
situada a 700 metros bajo el lecho marino. En este sentido, los
expertos destacan las posibilidades de las formaciones geológicas
que en pasado fueron reservas de petróleo y gas. Por otra parte, los
responsables del proyecto europeo "Gestco" se centran en un gran
acuífero de aquella zona, que permitiría inyectar todo el CO2 europeo
durante los próximos cincuenta o cien años.
Las iniciativas en España están siendo desarrolladas principalmente
por Elcogás, el Centro de Investigaciones Energéticas,
Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Consejo Superior de
Investigaciones Científicas (CSIC) y dentro de este último el Instituto
Nacional del Carbón (INCAR) o el Instituto Geológico y Minero de
España (IGME).
En España cabe destacar el proyecto que llevará a cabo la Ciudad
de la Energía en León que consiste en la construcción de una planta
piloto modular de oxi-combustión de 20-30 MW y un proyecto CENIT
financiado por el Ministerio de Industria en el que participan Unión
FENOSA y otras 14 empresas, así como 160 investigadores que
abarcará desde la mejora de la eficiencia del ciclo e hibridación e
integración con biomasa hasta la captura post-combustión y el
almacenamiento en formaciones geológicas salinas profundas.
En cualquier caso, los expertos recuerdan que estos sistemas no son
competitivos en la actualidad, debido a sus elevados costes. A pesar
de ello, sostienen, el desarrollo tecnológico podría hacerlas viables
dentro de dos décadas, reduciendo con ello a la mitad las emisiones
mundiales de CO2.
Fuentes:
CE / D.G. de Energía y transporte
Renewables make the difference. DG for Energy and transport. 2007
Tecnologías Clace para la Energía en Europa
Actividades de la Unión Europea / Energía nuclear
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