Clase 5 - EPhysLab

ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE
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ENERGÍA UNDIMOTRIZ
Las olas, contienen gran cantidad de energía. Los vientos fuertes que soplan en la costa oeste de
E
Europa
son ideales
id l para explotar
l t la
l energía
í de
d las
l olas.
l
La energía de las olas es relativamente una tecnología nueva y las investigaciones más intensas
comenzaron en la década de los 70 y 80.
Las partículas de agua se mueven describiendo círculos, por lo que la ola
transporta energía tanto en la superficie como en capas más profundas.
profundas
2
ENERGÍA UNDIMOTRIZ
S pueden
Se
d aprovechar
h 3 fenómenos:
f ó
3
ENERGÍA UNDIMOTRIZ
Según esta ecuación la potencia contenida en una ola es
proporcional al cuadrado de la amplitud H y al periodo del
movimiento T. Las olas con periodos largos (entre 7s y 10s) y
ggrandes amplitudes
p
((del orden de 2m)) tienen un flujo
j de
energía que normalmente excede de los 40‐50kW por metro
de ancho.
4
ENERGÍA UNDIMOTRIZ
Existen pocos lugares en el mundo donde la línea de costa está constituida de acantilados
bañados por aguas profundas. Estos lugares son los más apropiados para instalar
dispositivos de captación de la energía del oleaje ya que las olas incidentes contienen gran
cantidad de energía. Sin embrago, en la mayoría de las zonas costeras del mundo las
aguas son poco profundas. La ola cuando se acerca a aguas poco profundas va perdiendo
gradualmente su potencia.
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ENERGÍA UNDIMOTRIZ
Como resultado, se ha propuesto una amplia variedad de dispositivos para la energía de las olas
en las últimas tres décadas, comprendiendo diferentes formas, tamaños y métodos de
extracción de la energía.
energía
6
ENERGÍA UNDIMOTRIZ
7
ENERGÍA UNDIMOTRIZ
Dispositivo Osprey
Mighty Whale
8
ENERGÍA UNDIMOTRIZ
WavePlane
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ENERGÍA UNDIMOTRIZ
VENTAJAS:
•El potencial de la energía de las olas, según la UNESCO, es de unos 4.000 gigavatios
(GV), si bien todavía no se sabe la cantidad que se puede aprovechar y suministrar a un
precio económico.
•Se trata de una energía predecible.
• No contamina.
•Elevada flexibilidad para su instalación.
•Tiene múltiples aplicaciones
DESVENTAJAS:
•Impacto visual.
•Ruido.
R id
•Molestias y destrucción de la vida marina.
•Conflictos con la navegación.
•Interferencia con otras actividades recreativas o comerciales.
comerciales
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ENERGÍA AZUL La energía azul es una fuente de energía sin emisiones de CO2. La energía azul es la energía
obtenida por la diferencia en la concentración de la sal entre el agua de mar y el agua de río
con el uso de la electrodiálisis inversa (o de la ósmosis) con membranas de iones
específicos. El residuo en este proceso es agua salobre.
Una planta osmótica utiliza agua procedente de un río y
agua salada del mar. Separadas por una membrana artificial
de material plástico, las moléculas de sal del agua de mar
hacen que el agua dulce pase a través de la membrana. Esto
incrementa la presión del agua de mar que se utiliza para
mover una turbina generadora de electricidad.
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ENERGÍA AZUL la tecnología está aún en pañales pero podría convertirse en una realidad antes del 2020.
Cuando se pone una membrana semi‐permeable (es decir, un membrana que retiene los
iones de sal pero permite el paso del agua) entre dos tanques que contienen agua dulce y
agua salda respectivamente, se observará un flujo neto de agua hacia el lado del agua
salada. Si el tanque de agua salada tiene un volumen fijo la presión se incrementaría hasta
un máximo teórico de 26 bares. Esta presión es equivalente a una columna de agua de unos
270 metros de
d altura.
l
La energía proveniente del agua a presión disponible puede ser usada para generar energías
renovables amigables con el medio ambiente. Esto ocurre si la mezcla puede hacerse
controlando la presión en el lado del agua salada.
salada El proceso se denomina presión osmótica
retrasada (PRO) y es un proceso técnicamente viable, aproximadamente la mitad de la
energía teórica puede ser transformada en energía eléctrica, haciendo de la energía azul una
nueva fuente de energía renovable.
renovable
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ENERGÍA AZUL Existen dos grupos de científicos desarrollando la Energía Azul; Uno en Holanda y el en
Noruega.
El origen de este descubrimiento se remonta a los años cincuenta en que Sidney Loeb y
Srinivasa Sourirajan, de la universidad de Los Ángeles, desarrollaron un nuevo procedimiento
de extracción de agua potable del mar. Su idea se basaba en la ósmosis, un proceso natural
por eel que eel agua pasa de forma
po
o a espo
espontánea
tá ea de u
unaa so
solución
uc ó d
diluida
u da a u
unaa co
concentrada
ce t ada aal
pasar por una membrana semipermeable. Descubrieron que usando una membrana sintética
y altas presiones, se podía poner en marcha una ósmosis inversa y producir agua potable a
partir del agua
p
g salada del mar. Ésta es la base de las p
plantas de desalinización utilizadas hoyy en
día.
Unos 15 años después, Loeb tuvo otra idea. Se dio cuenta de que este diseño podía ser
aprovechado también para generar electricidad. Creó un tanque con dos cámaras separadas
por una membrana semipermeable, con agua de mar en un lado y agua dulce en el otro. El
proceso natural de ósmosis conducía al agua dulce a colarse en la cámara de agua salada,
aumentando la presión. El aumento de presión se aprovechaba para generar electricidad a
través de una turbina. Loeb denominó a este proceso presión retardada por ósmosis y la
patentó en 1973.
La clave de este método es encontrar la membrana adecuada, que debe ser permeable para
ell agua dulce,
d l pero no para ell agua salada,
l d ser muy fina
fi y muy resistente.
i
P
Pero
L b se retiró
Loeb
ió
en 1986 sin haber encontrado el material adecuado.
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ENERGÍA AZUL 14
ENERGÍA BIOMASA se suele hablar de biomasa energética, o simplemente biomasa, para referirse a aquellos
recursos biológicos de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su
transformación de los cuales se puede obtener un combustible energético (biofuel),
transformación,
(biofuel) ya sea
de forma directa o indirecta.
La energía de la biomasa es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento
de la materia orgánica e inorgánica formada en algún proceso biológico o mecánico,
mecánico
generalmente, de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, ser humano,
animales, entre otros..., o sus restos y residuos).
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ENERGÍA BIOMASA MATERIALES USADOS COMO FUENTE DE ENERGÍA
•Maderas y restos vegetales
•Cultivos energéticos
•Lodos de aguas residuales urbanas
•Restos animales
•Residuos orgánicos
•Residuos sólidos urbanos: destruye recursos y contamina
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ENERGÍA BIOMASA 17
ENERGÍA BIOMASA FORMAS DE UTILIZAR LA BIOMASA
•Usos térmicos
•Producción
Producción de biogás
de biogás
•Producción de bio‐combustibles
•Generación de energía eléctrica
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ENERGÍA BIOMASA Etapas que la biomasa vegetal leñosa debe seguir, dependiendo de sus características,
antes de su utilización en procesos de combustión directa o termoquímicos.
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ENERGÍA BIOMASA Gasificación:
G
ifi ió El término
té i
gasificación
ifi ió recoge all conjunto
j t de
d procesos en los
l que un
combustible sólido es oxidado parcialmente para producir un combustible gaseoso
20
ENERGÍA BIOMASA Pirólisis: Es el más simple y antiguo método de procesar un combustible con el propósito
de obtener otro mejor. La pirólisis convencional requiere el calentamiento del material
original con la ausencia total de oxígeno.
oxígeno
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ENERGÍA BIOMASA Digestión anaerobia: Como su nombre indica la digestión anaerobia, como sucede con la
pirólisis, se lleva acabo en ausencia de aire; pero en este caso la descomposición de la
biomasa es debida a la acción de bacterias y no a altas temperaturas.
p
Fermentación alcohólica: Los azucares (hidratos de carbono simples) que contienen las
plantas pueden transformarse en alcohol por la intervención de determinados
microorganismos.
Esterificación: Los aceites de semillas oleaginosas, después de un proceso de extracción y
refinado, son sometidos a un proceso químico con el propósito de obtener éster metílico.
En el proceso se sustituye la glicerina presente en los aceites vegetales por metanol
(alcohol metílico) que se añade al proceso, obteniéndose moléculas lineales parecidas a las
de los hidrocarburos presentes en el diesel.
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ENERGÍA BIOMASA Posibles actuaciones para eliminar los RSU
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ENERGÍA BIOMASA La materia orgánica enterrada en los vertederos sufre un proceso de descomposición que da
lugar a la generación de gases (metano). Este gas puede ser captado mediante la instalación
de tuberías perforadas que permiten recogerlo y conducirlo a la superficie.
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ENERGÍA BIOMASA VENTAJAS:
S
•Disminución de las emisiones de CO2 : Aunque los residuos que produce son agua y CO2, la
cantidad de este gas, se puede considerar la misma que fue captada por las plantas durante
su crecimiento.
i i t
•No emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas.
•Si se utilizan residuos de otras actividades como biomasa, esto se traduce en un reciclaje y
disminución de residuos.
residuos Canaliza,
Canaliza por tanto,
tanto
los excedentes agrícolas alimentarios,
alimentarios
permitiendo el aprovechamiento de las tierras de retirada.
•Los cultivos energéticos sustituirán a cultivos excedentarios en el mercado de alimentos.
•Permite la introducción de cultivos de gran valor rotacional frente a monocultivos
cerealistas.
•Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.
DESVENTAJAS:
•Tiene un mayor coste de producción frente a la energía que proviene de los combustibles
fósiles.
•Menor rendimiento energético en comparación con los combustibles fósiles.
•Producción estacional.
•La materia prima es de baja densidad energética lo que quiere decir que ocupa mucho
volumen y por lo tanto puede tener problemas de transporte y almacenamiento.
•Necesidad de acondicionamiento o transformación para su utilización.
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ENERGÍA BIOMASA En la actualidad la tecnología aplicada a la biomasa está sufriendo un gran desarrollo. La
investigación se está centrando en los siguientes puntos:
•En el aumento del rendimiento energético de este recurso .
•En minimizar los efectos negativos ambientales de los residuos aprovechados y de las
propias aplicaciones .
•En aumentar la competitividad en el mercado de los productos .
•En posibilitar nuevas aplicaciones de gran interés como los biocombustibles .
Para mantener la sostenibilidad de los Biocombustibles:
1. Biocombustibles a partir de desechos: aceites de freír, desbroce, etc.
2. Cultivos energéticos que cumplan los siguientes requisitos:
a) Utilización de suelos no forestales
b) Balance energético neto positivo
c) Plantación con criterios de cultivo ecológico
d) No competir con cultivos para la alimentación humana
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CONCLUSIONES
NIGUNA ENERGÍA RENOVABLE ES LA SOLUCIÓN POR SÍ SOLA
•
•
•
Solar y eólica no pueden adaptar su producción a la demanda.
La producción de electricidad a partir de biomasa o hidráulica puede ser estable, pero puede
no ser suficiente si se produce de forma sostenible.
Mareomotriz y geotérmica no se dan en todos los territorios.
SOLUCIÓN: combinación del uso de fuentes energéticas renovables
•Solar y eólica como fuentes principales de energía.
•Hidráulica
Hidráulica y biomasa como estabilizadores de la oferta energética diaria.
•Sistemas de almacenamiento de excedentes energéticos: pantanos y depósitos de agua de
sentido inverso y pilas de hidrógeno (en desarrollo).
EJEMPLO: Proyecto 100% renovables en la isla de El hierro
10 MW eólica
10 MW hidráulica (para una semana)
Resto: tejados solares
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CONCLUSIONES
Hay que disminuir los consumos innecesarios y aumentar la eficiencia energética. La solución está en :
CONSUMIR MENOS PARA CONSUMIR MEJOR
REDUCIR ANTES QUE PRODUCIR
EJEMPLOS:
1.
2.
3.
4.
5
5.
6.
7.
Evitar la contaminación lumínica
Disminución de la movilidad
Transporte público y bicicleta
Reutilización de materiales
Ai l i t té i d difi i
Aislamiento térmico de edificaciones
Sistemas de cogeneración en empresas
Dieta más vegetariana
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