Capítulo 1 - Ministerio de Energía y Minas
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Capítulo 1 La energía y el desarrollo de la sociedad 1.1 Evolución de las fuentes y el uso de la energía La evolución del acceso masivo a la energía en los últimos doscientos años, ha permitido mejorar la calidad de vida de la población mundial de manera sustancial. Su impacto sobre cada uno de los aspectos de la vida diaria, así como del comercio, la industria y el transporte nos ha permitido el bienestar que hemos alcanzado. Sin duda alguna, el desarrollo de las formas de generación eléctrica ha posibilitado el acceso a las comodidades que hoy tenemos en casa, como la iluminación que prolonga el día para trabajar o realizar otras actividades; las comunicaciones a través de la radio, la televisión, el teléfono y las computadoras que nos permiten estar en interacción con lo que sucede en tiempo real en nuestra localidad y el mundo; la refrigeración que nos permite prolongar y preservar nuestros alimentos por periodos más largos; las cocinas con energías limpias que nos permiten preparar nuestros alimentos; la lavandería y otras aplicaciones, que nos permiten simplificar nuestra vida, tener comodidad y tiempo disponible para otras actividades diarias. El tener medios de transporte que funcionan con combustibles, como la gasolina, el gas, el diésel o la electricidad, que nos permiten trasladarnos rápidamente en nuestra localidad, en el país o a otros países, es parte de nuestra vida diaria. Comparación de la potencia humana y animal (en watts) watts Trabajo animal 10 000 1000 Arnés de pectoral Arnés de cuello y cincha Arnés de collar Trabajo humano 100 10 1000 500 a. C. 0 500 1000 d. C. 1500 años Fig. 1.1 Domesticando a los animales como el caballo, el hombre incrementó su potencia de trabajo de 100 watts a 1000 watts, es decir, 10 veces más. MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS 9 Toda esta comodidad es posible con solo apretar un botón o interruptor, lo que nos hace pensar que la energía estará siempre a nuestra disposición y no se agotará. No consideramos que la energía que usamos, llega desde lugares muy alejados pasando por una serie de procesos con un costo económico y causando en mayor o menor medida un impacto ambiental. Llegar al estado actual de la producción y uso de la energía, ha significado muchos años de desarrollo. Hace miles de años el hombre solo tenía como fuente de energía el Sol. Posteriormente el fuego le permitió tener mejor comida y calefacción, y también le permitió ahumar y prolongar el tiempo de consumo de las carnes utilizando la biomasa, como la leña y otros biocombustibles. Luego, también gracias al fuego, el hombre pudo realizar fundiciones y aleaciones, y de este modo construyó herramientas que utilizó para diferentes propósitos usando su propia energía (equivalente a 100 watts); más adelante utilizó la energía de los animales de tiro que multiplicó dicha energía hasta en diez veces (1000 watts), con lo cual mejoró aún más su calidad de vida. Transporte y comercio Industria y agricultura Economía doméstica Alimentación watts 12 000 10 000 8000 6000 4000 2000 0 Hombres primitivos Culturas de cazadores Civilización agrícola primitiva Civilización agrícola avanzada Civilización industrial Civilización tecnológica Fig. 1.2 El hombre primitivo solo utilizaba su fuerza, equivalente a 100 watts, mientras que actualmente utilizamos más de 10 000 watts, es decir, cien veces más para alcanzar la comodidad que tenemos. Fuente: E. Cook. The Flow of Energy in a Industrial Society. Scientific American. 1971. La utilización de la fuerza animal para el arado y la carga, le permitió al hombre realizar tareas agrícolas y mejorar la productividad de sus campos, así como el transporte de productos. Pronto comenzó a utilizar la energía eólica para el transporte en los barcos de vela, y la energía hidráulica para la molienda de granos. Posteriormente, cuando se descubrió la electricidad, utilizó esta forma de energía en centrales hidroeléctricas para generar millones de watts de electricidad, equivalente a la energía de millones de personas, lo que hizo posible mover máquinas más pesadas y realizar una producción industrial a gran escala. 10 MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS Comparación de la potencia de las máquinas y los animales de tiro (en watts) watts 10 000 000 000 1 000 000 000 Te 100 000 000 10 000 000 1 000 000 e nas d qui á M 100 000 10 000 s ca i ctr lé oe idr H as ric t c lé rmoe vapor Molino de agua 1000 Caballos 100 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 años Fig. 1.3 La invención de la máquina de vapor y posteriormente la producción de la electricidad, permitió incrementar la potencia del hombre en millones de veces, sin las cuales no sería posible la comodidad que actualmente tenemos. En la Edad Media se comenzó a utilizar el carbón mineral, que alcanzó gran intensidad de uso cuando se inventó la máquina de vapor en el siglo XVII. Posteriormente, el descubrimiento y uso del petróleo y del gas natural dinamizó el uso de estas máquinas no solo para las industrias, el transporte marítimo (barcos) y terrestre (trenes), sino también para la producción de electricidad. Posteriormente se inventó el motor de explosión y cuando este comenzó a utilizarse en vehículos de transporte, la demanda de petróleo se incrementó sustancialmente. Los automóviles que hasta ese entonces funcionaban con baterías eléctricas desaparecieron. En 1942 se hizo funcionar el primer reactor nuclear y se demostró que se podía obtener energía del núcleo de los átomos para generar electricidad y otros usos. Durante los últimos cien años el mundo vive de la energía que la naturaleza creó y almacenó por millones de años: el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio. Estas fuentes ingresaron al mercado de la energía paulatinamente, primero el carbón que desplazó a la biomasa tradicional (leña), siendo posteriormente reemplazado parcialmente por el petróleo y este por el gas natural. Este último recurso energético inicialmente solo tenía un uso local debido a la dificultad que representaba su transporte; pero con el surgimiento de los grandes buques metaneros y los gasoductos, su uso se MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS 11 hace cada vez más intenso y va desplazando paulatinamente al carbón y petróleo, ya que genera menos emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), como el CO2 cuando combustiona. Sobre el particular es conveniente mencionar que en la última década se han descubierto nuevos métodos de explotación de gas natural, como la tecnología de las perforaciones horizontales de rocas de esquisto que contienen este energético, conocido como gas de esquisto o shale gas. El denominado shale gas, por su abundancia y bajo precio, podría revolucionar el mercado energético mundial en los próximos años. Las investigaciones de las fuentes de energías renovables, como la eólica y solar, los subsidios a su uso y la masificación de su producción, han originado economías de escala muy grandes y una reducción sustancial de los precios de estas tecnologías. De tal manera que ahora no solo son una fuente de generación adicional para las redes eléctricas nacionales, sino también para el autoconsumo, entendiéndose como tal el uso de pequeños paneles fotovoltaicos y aereogeneradores para el uso residencial. De otro lado, los biocombustibles, como el alcohol que se obtiene de la caña de azúcar y otros productos agrícolas, han comenzado a ser utilizados como combustibles para vehículos en el mundo y en el Perú. Lo mismo sucede con el biodiésel que se obtiene de plantas, como la canola, higuerilla y otras. Esta tecnología ha cobrado singular importancia porque generaría en algunos casos, menos emisiones que los combustibles provenientes del petróleo. No obstante sus ventajas ambientales, se teme que la intensificación del uso de esta tecnología pueda dar lugar al encarecimiento de algunos alimentos como el azúcar, ya que tanto el alcohol como esta última se fabrican con la misma materia prima. Se estima que los biocombustibles modernos que se fabricarán a partir de plantas gramíneas, evitarán que ocurra este problema en el futuro. La preocupación de utilizar biocombustibles como combustible automotor, deviene del hecho de que una de las principales fuentes de GEI es el sector transporte. Esta también es la razón por la cual los países están haciendo esfuerzos importantes para desarrollar vehículos eléctricos que sustituyan en los próximos decenios a los de combustión interna y de esta manera lograr que las emisiones se reduzcan sustancialmente. En la actualidad, los grandes fabricantes de automóviles están abocados a desarrollar modelos económicos para lograr una sustitución masiva. Cabe señalar que ahora se fabrican modelos híbridos (que funcionan con combustible y electricidad) y también vehículos que funcionan solo con electricidad, pero sus precios aún no son accesibles a la mayoría de la población. Fig 1.4 En New York, en1895 ya circulaba una flota de taxis que funcionaban con baterías eléctricas. Un siglo después, se están volviendo a utilizar intensivamente los autos eléctricos. 12 MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS En la figura 1.5 se puede ver cuál es la tendencia actual del uso de fuentes de energía a nivel mundial y cuál es la importancia que tendrán cada una de ellas, destacándose el incremento del uso de las fuentes de energías limpias, como la eólica y solar. La participación de los reactores nucleares seguirá siendo importante en los próximos años a pesar del accidente de Fukushima. Es importante mencionar que a mediados del presente siglo, ingresará al mercado la tecnología de los reactores de fusión nuclear que, imitando al proceso que se produce en el Sol, nos proveerá de energía abundante y de bajísima contaminación. En la actualidad, con la participación y financiamiento de los países desarrollados, se viene construyendo una planta generadora experimental de este tipo que operará el año 2020, pero se estima que las primeras plantas comerciales operarán después del año 2050. Desde luego, esta visión del futuro podría modificarse sustancialmente en función a la severidad del cambio climático, pero todo indica que es irreversible la menor utilización de combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, y el mayor uso de energías limpias. Escenario futuro de la participación de las fuentes de energía % 100 Biomasa 80 Gas Renovables 60 Petróleo Nuclear 40 Carbón 20 Estamos aquí 0 1850 1900 1950 2000 2050 2100 Fig. 1.5 En el futuro las energías renovables y la energía nuclear tendrán una mayor participación en el consumo mundial. Fuente: World Economic and Social Survey 2011. United Nations. MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS 13 1.2 Desarrollo sostenible. Dimensiones económicas, sociales y ambientales de la energía asociadas a la seguridad energética Hay certeza de que la demanda de energía irá aumentando a medida que se vaya incrementando la población mundial, debido a que de los 7000 millones de habitantes que hoy la conforman, 1500 millones aún no tienen acceso a la electricidad y más de 2000 millones utilizan la leña para cocinar y en general no tienen acceso a las fuentes modernas y limpias de energía. La energía barata que se tuvo hasta los años 70 del siglo pasado originó su derroche y su uso irresponsable, debido a los precios bajos de los combustibles, en especial del barril de petróleo, que se mantuvo durante decenas de años a un precio aproximado de 1 a 2 dólares, hasta que se produjo la crisis energética en 1973, que originó una recesión a nivel mundial, con unos costos sociales que afectaron a miles de millones de personas. Desde entonces, la seguridad energética ha sido un factor importante en el diseño de las políticas energéticas de los países, y en algunos casos ha dado origen a conflictos armados principalmente en los países de Medio Oriente, que son los más importantes poseedores de reservas de este recurso. Es previsible que la demanda que se producirá en los próximos decenios, no solo por el incremento de la población sino también por el nivel de comodidad a que todo el mundo tiene derecho, seguirá creciendo, generando conflictos inevitables y poniendo en riesgo la disponibilidad de este recurso para las futuras generaciones. Precios del petróleo 1861 - 2011 (dólares por barril) Inicio explotación del petróleo Crisis del petróleo Revolución iraní Irak invade Guerra con Irak Kuwait Primavera árabe 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1860-69 1870-79 1880-89 1890-99 1900-09 1910-19 1920-29 1930 - 39 1940 - 49 1950 - 59 1960-69 1970-79 1980-89 1990-99 2000-09 2010-19 Fig. 1.6 El barril de petróleo se mantuvo a un precio de 1 a 2 dólares durante muchas décadas. Como consecuencia de la crisis energética de 1973, que se produjo por los conflictos armados en Medio Oriente, su precio llegó a más de 10 dólares originando una crisis mundial. Hacia fines de esa década el precio casi llegaba a los 40 dólares y el año 2010 sobrepasó los 100 dólares el barril, impactando económica y socialmente a los países que no tienen recursos energéticos. Fuente: BP Statistical Review of World Energy. 2012. 14 MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS El crecimiento de la población mundial se ha incrementado en siete veces en los últimos 100 años y se estima que la población para el año 2050 se incrementará a 10 000 millones de habitantes, es decir, un incremento de un 30% en relación a la población actual, lo que originará una presión sobre los recursos naturales muy importante; sin embargo, el impacto más grande se deberá a que los países en vías de desarrollo aspiran a tener un mismo nivel de bienestar que los países desarrollados y los científicos han alertado que para satisfacer dichos requerimientos, se necesitaría el equivalente a seis planetas Tierra. A estos países, prioritariamente se les tendrá que dotar de energía que los ayude a cubrir las necesidades mínimas mediante el suministro de energías modernas y limpias y sobre todo tener como objetivo a que tengan “acceso total a la energía”. Las denominadas fuentes modernas de energía están representadas por la electricidad (para iluminación, comunicación, fuerza motriz, refrigeración, entre otras), y la energía limpia se refiere a las tecnologías y combustibles que permitan realizar una cocción, con mínimas emisiones al interior de las viviendas y al ambiente (cocinas mejoradas, cocinas de gas, sistemas de biogás). Consumo mundial de la energía desde la revolución industrial (en exajoules) 500 Renovable 400 Microchip Aviación comercial 300 Energía nuclear 200 100 Máquina de vapor Motor eléctrico Motor de gasolina Tubo al vacío Televisión Nuclear Gas Petróleo Carbón 0 Biomasa 1850 1900 1950 2000 Fig. 1.7 El consumo de energía mundial se ha incrementado en cinco veces en apenas 50 años y si no lo utilizamos eficientemente no podremos garantizar la seguridad energética del planeta. En esta figura se puede ver la relación entre el desarrollo tecnológico y la consiguiente comodidad que gozamos gracias a las autos, la radio y la televisión, que inicialmente utilizaban tubos al vacío, hasta que fueron sustituidos por los microchips con el que actualmente funcionan casi todos los equipos y artefactos eléctricos. Fuente: World Economic and Social Survey 2011. United Nations. MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS 15 En relación al concepto de acceso total a la energía, el Programa de Desarrollo de Naciones Unidas (PNUD) y otras organizaciones internacionales definen este concepto como la energía que debería contar la población para actividades mínimas que les garantice una supervivencia digna. La pregunta es de dónde saldrán los recursos para cubrir las necesidades energéticas mencionadas. La única respuesta real y factible, es el fomento del desarrollo sostenible a nivel mundial, sobre todo a nivel formativo desde la niñez. En el informe elaborado en 1987 por la Comisión de Desarrollo y Medio Ambiente de las Naciones Unidas, presidida por la ex Primera Ministra noruega Gro H. Brundtland, se definió como Desarrollo Sostenible: “aquel que satisface nuestras necesidades actuales sin poner en peligro la capacidad de las futuras generaciones a satisfacer las suyas”. Este concepto se basa en que la utilización intensiva de la energía es una deslealtad, porque se estaba usufructuando lo que le pertenecía a las generaciones futuras y, por otro lado, las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) que se generaban, estaban dañando el ambiente y la vida en el planeta con consecuencias que afectan a toda la humanidad. El desarrollo sostenible se basa y está relacionada con la solidaridad intergeneracional y, por extensión, con la solidaridad con los países menos desarrollados, ya que este modelo de desarrollo no admite que en un mundo globalizado haya diferencias de calidad de vida por desequilibrios en la utilización de los recursos. Todos somos conscientes de que la energía es el motor fundamental para el desarrollo económico y social de la humanidad. No se concibe desarrollo sin energía; sin embargo, su uso viene ejerciendo una presión cada vez mayor sobre los recursos y el ambiente. Por ello, una de las soluciones es que se continúen con las investigaciones para lograr fuentes de energía que aseguren una provisión de energía permanente, de pequeño impacto ambiental y de costo aceptable. La otra solución, sobre la que hay un consenso mundial, es que se puede seguir obteniendo la misma cantidad de productos y servicios y tener la misma comodidad, consumiendo menos energía, mediante la implementación de programas de eficiencia energética, que no solo debe tener como objetivo reemplazar equipos ineficientes, sino fundamentalmente, trabajar intensamente en la educación de los niños para que las nuevas generaciones tengan buenos hábitos de consumo y sean racionales y responsables en el uso y consumo de los recursos energéticos. La presente guía contiene los elementos necesarios para que los docentes orienten a los estudiantes, de tal manera que al terminar la etapa escolar conozcan y sepan qué hacer y cómo actuar en el uso eficiente de la energía en su vida futura, y así garantizarse una supervivencia con una calidad de vida adecuada y asegurar la de las generaciones venideras. Desarrollo Sostenible: “Aquel que satisface nuestras necesidades actuales sin poner en peligro la capacidad de las futuras generaciones a satisfacer las suyas”. Comisión Brundtland. 1987. Naciones Unidas. 16 MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS
