UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTA FACUL TAD D DE INGENIERIA ING ENIERIA QUIMICA QUIMI CA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUIMICA
Tema: Energías Conen!"ona#es $ No Conen!"ona#es MONOGRAFIA NOM%RE DEL ALUMNO: &UARC A'A QUINTANA( )a"er &UARCA 'AULILA&UA 'A ULILA&UA CANC&APOMA( CANC&APOMA( M"g*e# NOM%RE DEL PROFESOR: Dr+ Mo"s,s Enr"-*e %ELTRAN LA.ARO
FEC&A DE PRESENTACION DE LA MONOGRAFI MONOGRAFIA: A: /01231/245
&UANCA'O6PERÚ /245
RESUMEN Este trabajo presenta un panorama de las fuentes de energía y la distribución de su uso por tipo de combustible y los sectores a los que se destina así tamb tambié ién n su orig orige en .es .escr crib ibe e fuen fuente tess con! on!encio ncion nales ales y tamb tambié ién n no con!encionales de energía" #aciendo énfasis en algunas cifras de aquellas que se clasifican como bioenergía y que se utili$an en mayor porcentaje en el transporte y en la generación de energía eléctrica. %ntroduce las políticas para el fome foment nto o del del uso uso raci racion onal al de la ener energí gía a y las las fuen fuente tess de ener energí gía a no con!encionales y compara las metas con las que plantean la &omunidad Económica Europea y Estados Unidos. 'inalmente se plantea" a manera de conclusión" el papel que puede jugar en el desarrollo e implementación de estas fuentes de energía.
RESUMEN Este trabajo presenta un panorama de las fuentes de energía y la distribución de su uso por tipo de combustible y los sectores a los que se destina así tamb tambié ién n su orig orige en .es .escr crib ibe e fuen fuente tess con! on!encio ncion nales ales y tamb tambié ién n no con!encionales de energía" #aciendo énfasis en algunas cifras de aquellas que se clasifican como bioenergía y que se utili$an en mayor porcentaje en el transporte y en la generación de energía eléctrica. %ntroduce las políticas para el fome foment nto o del del uso uso raci racion onal al de la ener energí gía a y las las fuen fuente tess de ener energí gía a no con!encionales y compara las metas con las que plantean la &omunidad Económica Europea y Estados Unidos. 'inalmente se plantea" a manera de conclusión" el papel que puede jugar en el desarrollo e implementación de estas fuentes de energía.
%N(R)U&&%*N En los +, casi la totalidad de la energía consumida en el mundo pro!enía de la quema de combustibles fósiles" considerando el mismo consumo per c-pita de esos aos y que la población mundial llegara a +/,, millones de personas" en el /,/0 se quemaran 12.,,, millones de toneladas de carbón. Es decir" #abrun incremento del 2,3.Ello producir- una aceleración de1 calentamiento global de1 planeta y una ele!ación de1 ni!e1 de los océanos. 4os combustibles fósiles se agotan y amena$an con pro!ocar una cat-strofe ecológica. 4a tecnología nuclear en muy costosa y peligrosa. 56ué alternati!as nos quedan7 4a crisis energética que impacto al mundo en 1.89: y que dejó casi casi sin comb combus ustitibl ble e a los los prin princi cipa pale less país países es del del mund mundo" o" obli obligó gó a los los espe especi cial alis ista tass a form formul ular ar un seri serio o repl replan ante teo o sobr sobre e los los meca mecani nism smos os de generación. 4a crisis tu!o su continuidad la que lle!o a profundi$ar los estudios sobre las llamadas Energías ;lternati!as o energías no con!encionales. con!encionales.
>% son las 'EN& pretenden pretenden incrementar incrementar la seguridad seguridad e independe independencia ncia energética" energética" reducir reducir la emisión de gases de efecto in!ernadero ?=@=" por sus iniciales en inglésA e incrementar la competiti!idad de la economía" especialmente en los países en !ías de desarrollo" donde m-s se necesita debido a los altos índices de desempleo y pobre$a que obligan a la población a trasladarse a las grandes ciudades" en una forma de migración interna" o a otros países para buscar un mejor ni!el de !ida" especialmente a Estados Unidos" Europa y ;ustralia. 4a biomasa" el sol" el !iento" las olas" el agua y el interior de la tierra" son fuentes de energía que se utili$an con diferentes ni!eles de madure$ tecnológica" o que podr-n usarse para reempla$ar gradualmente al petróleo como la principal fuente de energía. ;unque todas ellas !ienen emple-ndose" el empleo del agua para para la gene genera raci ción ón de ener energí gía a eléc eléctr tric ica a y de biom biomas asa a para para prod produc ucir ir biocom biocombus bustib tibles les son los m-s eBten eBtendid didos" os" dada dada su dispo disponib nibili ilidad dad"" madure madure$$ tecnológica y" en el caso de los biocombustibles líquidos" la posibilidad de implementarlos sin modificar los motores de combustión interna a gasolina o diesel de los !e#ículos actuales.
O78e9"os: •
(ener claras las fuentes de energía disponibles en la (ierra y su
•
clasificación de acuerdo con su origen y a su duración. Cisuali$ar con claridad los conceptos de energía primaria y energía
•
disponible. istinguir entre los conceptos de recurso y reser!a. &onocer la situación de los recursos energéticos y su duración a ni!el
•
mundial. Ser conscientes del papel que deben y pueden jugar las energías
•
reno!ables en el futuro energético de la (ierra .
Contenido . CONSUMO GLOBAL DE ENERGÍA EN LA TIERRA..............................................13 1.1 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA..............................................................14 2. SITUACIÓN DE LAS DIFERENTES FUENTES DE ENERGÍA CONVENCIONALES.....................................................................................................14 2.1. Energí n!"#er $e %&'&(n......................................................................................14 2.1.1. Or&gen............................................................................................................14 2.1.2. D!r"&(n )re*&'+...........................................................................................1, 2.2. Energí n!"#er $e %!'&(n.....................................................................................1, 2.2.1. Or&gen............................................................................................................1, 2.2.2. D!r"&(n........................................................................................................12.3. Energí $e# "r(n................................................................................................12.3.1. Or&gen............................................................................................................12.3.2. D!r"&(n )re*&'+...........................................................................................1/ 2.4. Energí $e# )e+r(#e0 $e# g' n+!r#..................................................................1/ 2.4.1. Or&gen............................................................................................................1/ 2.4.2. D!r"&(n )re*&'+ $e# )e+r(#e0.......................................................................22 2.4.3 Re'er*' $e g' n+!r#..................................................................................23 3. ENERGÍAS NO CONVENCIONALES.....................................................................23 3.1 Energí E(#&".......................................................................................................24 3.2 Energí Ge0+r&"...............................................................................................2, 3.3 Energí $e # B&0'...........................................................................................23.4 Energí $e# Mr.....................................................................................................2/ C0n"#!'&0ne'................................................................................................................31 Re"0en$"&0ne'........................................................................................................31 B&#&0gr%&..................................................................................................................31 Ane0'.........................................................................................................................32
De"!a9or"a: Este trabajo !a dedicado en primer lugar a nuestros padres por apoyarnos siempre incondicionalmente" luego también a todas la personas que nos estiman y a esas personas que cuando nos !ieron caídos nos dieron una mano para poder le!antarnos y así podamos seguir adelante.
Agrae!"m"en9o:
NOMENCLATURA: ;D%)(R)'%;. ;D%)(R)<@. <érdida de la resistencia específica que pro!iene de una disminución en la !italidad de un ecosistema ;MD%EN(;4. ENC%R)NMEN(;4. Referido al medio ambiente y generalmente relati!o a la característica interdependencia de un factor ecológico de los ecosistemas urbanoFindustriales. ;MD%EN(E. ENC%R)NMEN(. &onjunto de procesos y funciones con los que se desarrolla y opera un ecosistema ;MEN;G;)S" <;%S;HES. (@RE;(ENE 4;NS&;
D%)S'ER;. D%)S<@ERE. Masa de !ida del planeta. &onstituye una eBtensa capa de unos 1+ Pm en donde se reali$a el fenómeno de la !ida y tiene tres características esenciales" a saber EBiste agua líquida en cantidades sustanciales" Recibe una gran cantidad de energía de una fuente eBterna" el sol" y 4a presencia de interfases entre los estados sólidos" líquidos y gaseosos. &omo en!oltura terrestre" la D. tiene una forma mas bien irregular ?sensu @utc#insonA ya que se forma de una región indefinida llamada
&. fósiles a aquellos que se formaron en épocas geológicas muy antiguas ?mayormente en el &arboníferoA y que se presentan #asta #oy en los planos estratigr-ficos correspondientes. &)NSERC;&%*N. &)NSERC;(%)N. El arte de usar adecuadamente la naturale$a con miras a asegurar la permanencia de buenas condiciones de !ida para el #ombre actual y las futuras generaciones así como el mantenimiento de la di!ersidad biológica y la base de recursos. En un sentido general" es una nue!a forma de !ida en donde el consumismo y el derroc#e son reempla$ados por la obser!ancia de un comportamiento indi!idual y social que cubre las tres Rs" a saber reducir" reusar y reciclar ?sensu 4i!ingstonA. 4a administración del uso #umano de la ecósfera de manera que pueda producir los mayores beneficios posibles para las actuales generaciones y a la !e$ mantener la posibilidad de satisfacer las necesidades y aspiraciones de las generaciones futuras comprende la preser!ación" el mantenimiento" la utili$ación sostenible y sustentable" la restauración y el mejoramiento del entorno natural y cultural ?sensu KR%" %U&N" UNE
eBternos. 4a definición original en el %nforme Drundtland es un proceso de cambio en el cual la eBplotación de los recursos" la dirección de las in!ersiones y la orientación de la tecnología y el cambio institucional est-n todos en armonía y mejoran la potencialidad para satisfacer las necesidades y aspiraciones #umanas tanto actuales como las futuras. 4a definición formal adoptada por la ';) en 18++ dice .S. es el manejo y conser!ación de la base de recursos naturales y la orientación del cambio tecnológico e institucional" de tal manera que asegure la obtención y continua satisfacción de las necesidades #umanas en las generaciones presentes y futuras. ic#o .S. ?en los sectores agrícolas" forestales y de pescaA conser!a la tierra" el agua" los recursos genéticos de plantas y animales" es ambientalmente no degradante" técnicamente apropiado" económicamente !iable y socialmente aceptable. ESE&@). K;S(E. enominación general a cualquier tipo de producto residual" restos" residuos o basuras. ;ctualmente se consideran desec#os solamente los materiales que no se pueden reciclar o reutili$ar como productos secundarios ?i.e. los sobrantes de las reacciones nucleares y otros químicos que no se descomponen con facilidadA. E(ER%)R) E4 ME%) ;MD%EN(E. ENC%R)NMEN(;4 E(ER%)R;(%)N. enominación genérica de todo tipo de contaminación que afecte a los seres !i!os y especialmente de forma paulatina" produciendo modificaciones negati!as que se acumulan a tra!és del tiempo. E&)ES;RR)44). E&)ES;RR)44). Modelo alternati!o de desarrollo económico que promue!e el uso racional de los recursos naturales y la mejora de las condiciones ambientales" en función de la sustentabilidad de los procesos de eBtracción" uso y reciclado de la materia prima con el fin de conser!ar los recursos para futuras generaciones. E&)ENER=J(%&;. E&)ENER=E(%&S. Estudia el flujo de energía en el ecosistema y el impacto de ésta en el ciclo de la materia. ;dem-s" trata del aspecto tróficoFdin-mico y la eficiencia termodin-mica de los procesos tecnológicos que ponen en riesgo al ambiente natural. E&)4)=Q;. E&)4)=. (érmino acuado por @aecPel ?1+A. Es la ciencia natural que estudia las relaciones sistémicas entre los indi!iduos" dentro de ellos y entre ellos y el medio ambiente ?definición funcionalA. Es el estudio científico de la distribución y abundancia de los organismos que interactLan entre sí y con su medio ambiente en un tiempo y espacio definidos ?definición estructuralA. Es la ciencia del medio ambiente ?definición #olísticaA. E&)N)MQ; E4 ME%) ;MD%EN(E. ENC%R)NMEN(;4 E&)N)M%&S. Rama de la economía que incluye las !ariables ambientales dentro de sus teorías" an-lisis" c-lculos de costos y beneficios y predicciones.
ENER=Q;. ENER=. &apacidad para producir un trabajo. EBisten diferentes formas de E." a saber cinética" potencial" eléctrica" atómica" #idr-ulica" solar" química" etc. ENER=J(%&;. ENER=E(%&S. El estudio de las transformaciones de la energía dentro de un sistema din-mico. E*4%&). ;E)4%;N. Relati!o al !iento atmosférico. E6U%4%DR%) E&)4*=%&). E&)4)=%&;4 E6U%4%DR%UM. Sinónimo del anterior pero incluye también el reciclaje de los materiales en la biósfera mediante los ciclos biogeoquímicos manteniendo estabilidad sobre la (ierra una característica esencial de la biosfera es que constituye un sistema abierto desde el punto de !ista energético pero cerrado desde el punto de !ista de los materiales" de a#í la necesidad de reciclarlos. ?Sinónimo @omeostasisA. @%R)&;RDUR)S. @R)&;RD)N. &ompuestos químicos org-nicos formados por carbón e #idrógeno en todas las combinaciones posibles de compuestos org-nicos. ;lgunos de ellos tienen gran importancia como combustibles. %NUS(R%;4%G;&%*N. %NUS(R%;4%G;(%)N. %ntroducción de la economía industrial" con sus consecuencias técnicas" económicas y sociales y particularmente ecológicas" puesto que constituye uno de los principales factores de contaminación ambiental. 44UC%; I&%;. ;&% R;%N. 4lu!ia con bajo p@ ?menor de 9A debido a la presencia de -cido sulfLrico o -cido nítrico que se precipita como resultado de la condensación de nubes que acarrean contaminantes ?N)B" S)BA producidos por la combustión de combustibles fósiles liberados a la atmósfera. Esta acide$ se suma a la que eBiste normalmente en el agua de llu!ia por efecto de la acción del -cido carbónico generado por la me$cla de &)/ y el agua. M;RE;. (%E. 'enómeno periódico de los cuerpos de agua oce-nicos de subir y bajar el ni!el litoral este proceso se lo !erifica cada seis #oras en que sube #asta el m-Bimo punto ?pleamarA y seis #oras en que baja #asta el punto m-s bajo ?bajamarA. 4a línea referencial de altitud cero al ni!el del mar se obtiene del promedio entre pleamar y bajamar. En las costas es m-s e!idente este proceso" que se amplifica una !e$ al mes" en períodos que sobrepasan los límites con!encionales" a lo que !ulgarmente se llama aguajes. M;RE; NE=R;. D4;&T (%E. 4legada a las playas de inmensas mesas de petróleo que flotan sobre el océano como producto de accidentes en el transporte del buqueFtanque petroleros" rotura de oleoductos submarinos y eBplosión de la flora y fauna marina costanera. ME%) ;MD%EN(E. ENC%R)NMEN(. &onjunto de características físicas" químicas y biológicas que condicionan y definen las cualidades del entorno" tomando en consideración de los procesos y fenómenos que constituyen sujetos funcionales del dintorno. En los ecosistemas #umani$ados" los procesos y fenómenos del entorno cultural implican la integración de características sociales" económicas" políticas" religiosas" tecnológicas y artísticas" en lo cual se conoce como medio ambiente #umano. 4a fusión de medio y de ambiente en una sola palabra" se justifica al aceptar en un solo concepto las ideas de tiempo y espacio" de objeto y sujeto" y de acción y reacción" que son el fundamento mesológico de la ecología.
<)4U&%*N. <)44U(%)N. ;lteración de un ambiente por sustancias eBtraas al mismo" que lo degradan si bien el término es aplicado generalmente a la contaminación atmosférica" también se usa para el agua y el suelo. ?Sinónimo contaminaciónA. <)4U(;N(E. <)44U(;N(. Se refiere generalmente al dióBido de carbono" monóBido de carbono" dióBido de a$ufre" óBidos de nitrógeno" fosfatos" mercurio" plomo" petróleo" pesticidas e incluso a las radiaciones atómicas que inciden en la atmósfera. ?Sinónimo contaminanteA. 6UEM; E D;SUR;S. K;S(EFDURN%N=. Es un tipo de tratamiento primario en la técnica de apro!ec#amiento de desec#os de los ecosistemas urbanos el calor generado con la quema de las basuras genera el mo!imiento de las turbinas de un generador eléctrico con capacidad para una ciudad pequea. R;%;&%*N &)N(;M%N;N(E. R;%)<)44U(%)N. &ontaminación física del medio ambiente por eBposición a radiaciones pro!enientes de plantas atómicas" generadores radiacti!os y bombas atómicas. RE;&()R NU&4E;R. NU&4E;R RE;&()R. ;parato que apro!ec#a" por fisión nuclear" la energía de los -tomos para generadores" bombas" etc. RE&URS)S N;(UR;4ES. N;(UR;4 RES)UR&ES. (odos los bienes de la naturale$a que permiten al #ombre subsistir en el planeta o fuera de él pueden ser recursos naturales reno!ables ?agua" aire" bosques" fauna" etc.A y recursos naturales no reno!ables ?petróleo" gas" carbón" recursos genéticos sil!estres" minas" etc.A ENER=Q; &)NCEN&%)N;4 Se denomina así a todas las energías que son de uso frecuente en el mundo o que son las fuentes m-s comunes para producir energía eléctrica. En nuestro país" la principal fuente de energía es la fuer$a del agua" como medio de producir energía eléctrica. El agua utili$ada para este fin pertenece al medio ambiente natural en que !i!imos y se considera un recurso de la clase reno!able. Son ejemplos de energía con!encional el petróleo" carbón mineral" gas natural" la electricidad" etc. En otras ocasiones" se utili$a la combustión del carbón" el petróleo o el gas natural" cuyo origen son los elementos fósiles" que sir!en como combustible para calentar el agua y con!ertirlo en !apor y generar también electricidad. El mo!imiento producido por la combustión y eBplosión de los deri!ados del petróleo" como son la gasolina" nafta" otros" se reali$a mediante la acción de motores. Estas energías son las m-s usadas en el planeta. ENER=Q; N) &)NCEN&%)N;4 Se refiere a aquellas formas de producir energía que no son muy comunes en el mundo y cuyo uso es limitado debido toda!ía a los costos para su producción y su difícil forma para captarlas y transformarlas en energía eléctrica. (ambién se les conoce como energías limpias" ya que por lo general no combustionan" no contaminan ?aunque todas tienen algLn impacto en el medio ambienteA y no dejan desec#os ?eBcepto la maderaA. entro de las que m-s se est-n utili$ando" est-n la energía nuclear" la energía solar" la energía geotérmica" la energía eólica y la energía de la biomasa
+ CONSUMO GLO%AL DE ENERGÍA EN LA TIERRA ;ntes de comen$ar a anali$ar la situación energética actual en el mundo" es con!eniente aclarar los conceptos de recursos y reser!as al #ablar de una fuente energética" especialmente las no reno!ables. Recursos son todas las cantidades conocidas de una fuente energética ?o incluso supuesta con un ele!ado ni!el de certidumbreA. Reser!as son las cantidades conocidas que pueden ser técnica y económicamente rentables en cada instante ?en la actualidad o en pla$o temporal dadoA. El concepto de reser!a implica que la fuente energética estdisponible y lista para ser eBtraída y usada cuando se desee o con!enga. 4as reser!as también pueden clasificarse en comprobadas y no comprobadas. e las primeras se dispone información cierta de su eBistencia y !olumen" mientras que de las segundas se tiene información ra$onable" a ni!el geológico y de ingeniería. e acuerdo con estas definiciones" un recurso puede pasar a ser reser!a cuando mejoran las técnicas de eBtracción o aumentan los precios de !enta de la energía de que se trate. 4a ele!ación de los precios del crudo en el Mar del Norte en 189: #i$o que los recursos petroleros de la $ona pasaran a reser!as y fueran eBplotados. )b!iamente" la aparición de nue!os yacimientos incrementan los recursos" y muc#as !eces" también las reser!as. El paso de un recurso a reser!a tiene sus límites" no sólo en términos económicos ?la eBtracción de la Lltima gota de petróleo de un po$o nunca puede ser rentableA" sino muc#o m-s en térmicos técnicos ?cuando la energía que #aya que in!ertirse para la obtención y eBplotación del recurso sea superior a la energía almacenada en el propio recursoA. En segundo lugar" es interesante anali$ar el ciclo de !ida de un recurso no reno!able" en el cual su propia eBplotación conduce a su desaparición. En general" el ciclo completo de eBplotación de este tipo de energía responde a una gr-fica como la de la 'igura 1.
Figura 1:Ciclo de explotación de una fuente energética
como una ra$onable estimación de las reser!as" puede estimarse la !ida esperada de una energía fósil.
1.1 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA En el ao /,,9" el consumo total de energía primaria en el mundo ascendió a 11.,88": millones de (ep ?'uente D< Statistical Reie!F/,,+A" de las cuales :.80/"+ ?:0"3A corresponden a petróleo" /.:9"9 ?/:"+3A a gas" :.199"0 ?/+"3A a carbón" //", ?0"3A a nuclear y 9,8"/ ?"23A a #idr-ulica y otras reno!ables. estacan" como es ob!io" tres grandes -reas" la de ;mérica del Norte ?/.+:+" V 1, (ep con el /0"3 del totalA" Europa y Eurasia ?/.8+9"0 V 1, con el /"83 del totalA y ;sia y
/+ SITUACI;N DE LAS DIFERENTES FUENTES DE ENERGÍA CONVENCIONALES 2.1. Energía nuclear de !i"n 2.1.1. Origen 4a energía nuclear de fisión tiene su origen en la ruptura" por el bombardeo de protones" del nLcleo de ciertos elementos pesados ?uranio" torio" plutonioA. El uranio es el Lnico elemento presente en la naturale$a que puede utili$arse como material fisionable ?en un reactor nuclearA. El uranio no se encuentra en la naturale$a en estado puro. e #ec#o se conocen m-s de 1,, minerales portadores de uranio" con mayor o menor cantidad de este metal. El m-s destacado es la uraninita ?pec#blendaA" con un contenido del ,F+,3 de óBido de uranio" seguido de la carnotita" que es un pol!o amarillo que contiene óBidos de uranio" potasio y !anadio. Menos corrientes son la torbenita" autunita y otros.
4a
reacción
que
tiene
lugar
es
la
siguiente
4a cantidad de energía que se transfiere a los nue!os nLcleos es aproBimadamente igual a la diferencia entre la masa del nLcleo del UF/:0 y la suma de los dos nue!os nLcleos m-s la del neutrón capturado. El nLcleo de UF /:0" adem-s de formar dos nue!os -tomos" libera dos o m-s neutrones y una intensa radiación gamma ?cA. Estos neutrones liberados" pueden impactar con los nLcleos de otros -tomos UF/:0" rompiéndolos de nue!o. Se produce" así" una reacción en cadena ?'igura /A.
Figura 2: reacción de fisión en cadena
Figura +: proceso b)sico en el seno de un reactor nuclear
2.1.2. Duraci"n #re$i!ta ;l ritmo de producción actual" el uranio de bajo precio ?a2, WXPgA tendría una duración de /9"+ aos y el total de reser!as +, aos.
2.2. Energía nuclear de %u!i"n 2.2.1. Origen Su origen se encuentra en la fusión de dos nLcleos atómicos para dar lugar a la aparición de otro nLcleo m-s pesado" pero algo menos que la suma de los dos iniciales. Esa diferencia se transforma en energía" segLn la conocida eBpresión E Ym . c/
gra!itatoriasA" una temperatura superior a /, millones de Z& y una densidad de 1,2 PgXm:. En el Sol" cada segundo" 02 millones de (n de @/ se transforman en 0, (n de @e. 4a energía resultante" mediante procesos de irradiación y de con!ección" es transportada a la superficie del Sol e irradiada al espacio eBterior. 4a pérdida de masa por esta causa se ele!a a 2": millones de (n por segundo" lo que supone que para consumir el 1,3 de su masa se precisan .,,, millones de aos. &onseguir estas condiciones en la (ierra es un arduo problema" aunque puede sua!i$arse si en lugar de #idrógeno se emplea #idrógeno pesado ?deuterioA o superpesado ?tritioA. Entonces las condiciones de inicio de la reacción son m-s sua!es 1,, millones de Z& y 1,, billones de partículas por cm:" simult-neamente. 4a bomba de @/ consigue tales condiciones utili$ando una eBplosión de fisión como detonante. 4a reacción deuterioFtritio es la m-s f-cil de conseguir" puesto que requiere temperaturas relati!amente m-s bajas. El deuterio /1@ es muy abundante en la naturale$a" encontr-ndose en una concentración de :, gXm: en el agua del mar sin embargo el tritio :1@ no se encuentra en estado natural" y se produce en una reacción nuclear a partir del litio natural" que sí es abundante en la naturale$a.
Figura 3: reacciones de fusión
En la reacción" los neutrones fisionan el litio en #elio y tritio" para posteriormente fusionarse al deuterio y el tritio y formar #elio" liberando un neutrón y gran cantidad de energía.
4a reacción deuterioFdeuterio es m-s difícil de conseguir. En esta se produce #elio y un neutrón" o también" tritio y un protón.
(ambién
2.2.2. Duraci"n %limitada.
2.&. Energía del car'"n 2.&.1. Origen Su origen se encuentra en la transformación de masas !egetales enterradas bajo el subsuelo y sometidas a procesos de descomposición ?anaerobiaA y presión. 4a materia !egetal inicial se transforma en turba ?perdiendo agua y gasesA. &uando las turberas se #unden" el aumento de presión y temperatura eBpulsan m-s agua y gases ?)/ y N/A" form-ndose el lignito y los carbones pardos. Mayores presiones y temperaturas eliminan m-s gases transformando el carbón pardo en carbón bituminoso ?#ullaA. 4a fase final de compresión y eBpulsión de gases da lugar a la antracita" de gran poder calorífico pero que arde con dificultad ?'igura 0A.
Figura 4: generación del carbón
4a mayor parte del carbón se produjo #ace :,, millones de aos" en el
5abla 1: co#posición de los diferentes carbones
2.&.2. Duraci"n #re$i!ta En conjunto" a este ritmo de producción las reser!as globales se agotarían en 129 aos. )b!iamente" en la medida en que el carbón ?licuado o gasificadoA sustituya al petróleo y al gas" estas reser!as sufrir-n una dr-stica disminución. En la 'igura puede !erse la distribución geogr-fica de estas reser!as.
Figura 6: reservas de carbón
En este caso" actuales recursos podrían pasar a la consideración de reser!as" si económica y técnicamente fuera factible. (écnicamente implica que la energía consumida para eBtraer 1 Pg de carbón fuera inferior a la energía contenida en esa misma masa.
2.(. Energía del #etr"leo ) del ga! natural 2.(.1. Origen 4a mayor parte del material org-nico que forma el petróleo deri!a de organismos microscópicos ?planctonA que se crían en las aguas superficiales de los océanos y que se !an concentrando" a su muerte" en el fondo del mar. (ambién de otros animales y !egetales que !i!en en lagunas o desembocaduras de ríos. Estos restos !an formando espesas capas de lodos en los fondos marinos. (ales lodos" foco de bacterias anaerobias" fueron fermentados" de manera que
se con!irtieron en una masa pastosa compuesta principalmente por &/ y @/" y carentes de )/ ?'igura 9A.
Figura 7: for#ación del petróleo
El enterramiento de estas cuencas sedimentarias cargadas de lodos y agua de mar ele!a la presión y la temperatura de esta materia org-nica y modifica la composición química de estos restos ?'igura +A. 4a materia org-nica se transforma en #idrocarburos gracias a la presión y al calor generados en su enterramiento. &uando el calor alcan$ado es ele!ado" parte de los #idrocarburos se con!ierten en gases ?gas naturalA. (ambién eBisten gases naturales que tienen su origen en la descomposición de restos de !egetales en $onas pantanosas. El resultado final de este proceso" que puede tener una duración de desde cientos de miles a millones de aos" es una me$cla de gases ?metano" etano" propano" butano" #idrógenoA líquidos ligeros ?petróleo" aceites ligerosA" líquidos muy !iscosos ?que no fluyen si no se calientanA" #asta arenas y pi$arras bituminosas.
Figura 8: for#ación del petróleo
(ambién en el petróleo !aría el contenido de impure$as" entre las que destaca el a$ufre y en el caso del gas" el &)/ ?0,3 en algunos campos de MéBicoA" y el N/ ?8,3 en algunos campos danesesA. 4a aparición de bolsas de petróleo y gas requiere de unas condiciones geológicas precisas para su formación. El petróleo necesita una fuente sedimentaria ?roca madreA" una roca porosa ?'igura 8A que le sir!a de recipiente ?roca almacénA y una estructura cerrada que lo retenga ?roca coberteraA.
Figura 9: petróleo llenando los intersticios de la roca
Figura 1: tra#pas de petróleo
2.(.2. Duraci"n #re$i!ta del #etr"leo En conjunto" a este ritmo de producción las reser!as mundiales se agotar-n en un pla$o de 2, aos. Se estiman los siguientes agotamientos parciales de las reser!as 11"9 aos de Estados Unidos" 8" de MéBico" 81": de Cene$uela" /1"+ de Rusia" 1"+ de ;rgelia" o 11": de ina. Este agotamiento se producir- al ritmo de consumo actual. Si el mundo ele!ase su consumo a la media Europa ?1,"0 barriles por persona y aoA" las reser!as se agotarían en un pla$o de 1+ aos. En la 'igura 11 puede !erse la duración de las reser!as para los Lltimos 10 aos.
Figura 11: duración de las reservas de petróleo
@a de tenerse presente que en este inter!alo de tiempo" ciertos recursos pasaron a ser reser!as ?como ocurrió en el petróleo del Mar del Norte" y otros yacimientos submarinos" que fueron eBplotados cuando la subida de precios los #i$o rentablesA" o incluso aparecieron nue!os recursos" como ocurrió con los yacimientos del =olfo de =uinea. El gr-fico indica" por tanto" que el incremento del consumo no es compensado por la aparición de nue!os yacimientos a los costes de eBtracción actuales. Sin embargo" la probabilidad de que apare$can nue!os recursos es cada !e$ m-s limitada" dados los sofisticados medios de bLsqueda actuales" y el barrido eB#austi!o del planeta ?como es el caso de la bLsqueda de nue!os recursos en Ifrica" en las proBimidades de las %slas &anariasA" así como que en los
principales productores ?;rabia" %raq" etc.A" pr-cticamente los recursos y las reser!as son la misma cantidad. ;l ritmo de eBtracción actual ?92 millones de barriles cada día" todas las reser!as de ;rabia Saudita ?/1.+,, millones de barrilesA se agotarían en 1,"/ aos" las de %r-n en :"8+ aos" las de Tuait en :"+ aos" las de Cene$uela en 1"0 aos y las de ;rgelia en ,"22 aos" es decir" en 1, días.
2.(.& Re!er$a! de ga! natural 4as reser!as totales en el mundo en /,,9 ascendían a 199": V 1,1/ m:. ?'uente D
; este ritmo de producción" las reser!as totales se agotar-n" en un pla$o de ,": aos. estacan los pocos aos de !ida para los países m-s desarrollados 1,"8 aos para Estados Unidos +"8 aos para &anad-" 0"9 aos para el Reino Unido" entre otros. En el ao /,," el Reino Unido pasó a ser importador neto de gas natural. Estos agotamientos se producir-n al ritmo de consumo actual. ; medida que el gas !aya sustituyendo al petróleo" esta duración se acortar- dr-sticamente. En este período" la duración de las reser!as alcan$ó un m-Bimo en el ao /,,:" a partir de aquí #a ido decreciendo r-pidamente ?a pesar de los nue!os yacimientos encontrados en este períodoA ?'igura 1/A.
Figura 12: duración de las reservas de gas natural
0+ ENERGÍAS NO CONVENCIONALES 4as energías reno!ables se caracteri$an porque" en sus procesos de transformación y apro!ec#amiento en energía Ltil" no se consumen ni se agotan en una escala #umana de tiempo.
Entre estas fuentes est-n la #idr-ulica" la solar ?térmica y foto!oltaicaA" la eólica y la de los océanos. ;dem-s" dependiendo de su forma de eBplotación" también pueden ser catalogadas como reno!ables aquellas pro!enientes de la biomasa y de fuentes geotérmicas. Su lento desarrollo se debe principalmente a la estacionalidad de su utili$ación y al alto grado de estudios requeridos" tanto para implementarlas como para almacenarlas" lo que se traduce en la pr-ctica que satisfagan un porcentaje bajo ?alrededor del 1,3A de los requerimientos energéticos mundiales. ependiendo de su forma de apro!ec#amiento" las energías reno!ables no con!encionales pueden generar impactos ambientales significati!amente inferiores que las fuentes con!encionales de energía. ;dem-s" las energías reno!ables no con!encionales pueden contribuir a los objeti!os de seguridad de suministro y sostenibilidad ambiental de las políticas energéticas. 4a magnitud de dic#a contribución y la !iabilidad económica de su implantación" dependen de elementos particulares en cada país" tales como el potencial eBplotable de los recursos reno!ables" su locali$ación geogr-fica y las características de los mercados energéticos en los cuales competir-n.
&.1 Energía E"lica Es la energía que se obtiene del !iento" esto quiere decir es la energía cinética obtenida por el efecto de las corrientes de aire" la cual es transformada en otras formas Ltiles para las acti!idades mec-nicas. 4 a energía cinética del !iento puede transformarse en energía Ltil" tanto mec-nica como eléctrica. 4a energía eólica" transformada en energía mec-nica #a sido #istóricamente apro!ec#ada" pero su uso para la generación de energía eléctrica es m-s reciente. EBisten aplicaciones de mayor escala desde mediados de los ]9, en respuesta a la crisis del petróleo y a los impactos ambientales deri!ados del uso de combustibles fósiles. esde #ace un poco m-s de un par de décadas se #a utili$ado la energía eólica como fuente de generación eléctrica.
Figura 13: energía eólica por continente
El !iento es un fenómeno que se presenta en casi todas las $onas de la (ierra" pero su intensidad y regularidad es !ariable. En primer lugar" eBiste un esquema general de circulación de aire en la superficie terrestre" en que en cada #emisferio aparecen dos franjas de !iento frecuentes" una de latitudes bajas" !ientos alisios" y otra en latitudes por encima del paralelo 2,Z" separadas por otras de calma persistentes. 4a $ona ecuatorial es un -rea de baja circulación #ori$ontal de aire.
%ncidencia sobre la población de a!es migratorias. Se requiere conocer las costumbres de éstas ?!ías de despla$amientoA" a fin de no ubicar líneas de aerogeneradores en sus pasos #abituales" ya que pueden dar lugar a accidentes y muertes de a!es. En algunas localidades preocupa el ruido producido por los aerogeneradores. Si bien éste no es intenso" la ubicación de las m-quinas cerca de !i!iendas puede resultar molesta.
&.2 Energía Geot*r+ica 4a energía geotérmica es la energía térmica que se encuentra acumulada bajo la superficie de la corte$a terrestre en $onas de alta presión de agua caliente o sobre una capa de rocas calientes" dic#a energía consiste en el flujo de una corriente de calor desde el interior o magma de la tierra que atra!iesa el manto y llega a las superficie" donde próBimamente es liberada a la atmosfera. 4as -reas con mayores recursos geotérmicos accesibles son aquellas en que el magma est- muy cerca de la superficie terrestre" con $onas de corte$a terrestre delgada o fracturada ?;nillo de 'uegoA. En Sudamérica es originado por el c#oque de la
Figura 14: distribución mundial de volcanes y placas
E(;<;S <;R; UN ;&%M%EN() =E)(JRM%&) Etapa de eBploración Entre otras cosas" los geólogos anali$an el tipo y edad de los !olcanes y de su la!a" los derrames" los contactos y la geoquímica de las rocas. 4os geofísicos buscan $onas de alta conducti!idad eléctrica en el subsuelo" lo que podría indicar agua caliente con sales disueltas. Entre tanto" los geoquímicos eBaminan todas las emanaciones superficiales para determinar mediante geotermómetros la temperatura a la que supuestamente se originaron esos fluidos. &on estos estudios" se desarrolla un modelo conceptual donde lo m-s importante es la concepción tridimensional de la litología y estructuras" como también el comportamiento geo#idrológico del reser!orio ?temperatura" $onas de ^upflo_ y de descargaA. e este modo" si se llega a determinar que el
!olumen estimado de agua caliente atrapado en estos acuíferos es suficientemente grande" tiene alta temperatura y buena permeabilidad" entonces se dan las condiciones apropiadas para que eBista un reser!orio geotérmico" susceptible a ser eBplotado en forma comercial. Etapa de eBplotación El proceso de eBtracción de !apor consiste en lle!ar a la superficie el !apor endógeno que se encuentra en el subsuelo" mediante la perforación de po$os productores y construcción de su infraestructura que proporcione el conducto adecuado para su eBtracción y control. El !apor producido en los po$os es recolectado mediante una red de !aporductos y lle!ado #asta la central" donde se purifica y luego entra a las turbinas de !apor. espués de reali$ar trabajo en la turbina" el !apor puede ser descargado a la atmósfera o a un condensador ?m-s eficienteA dependiendo del tipo de central. (odo el resto del sistema de generación eléctrica" transformación" control y transmisión" es pr-cticamente igual al de una central térmica a !apor con!encional.
Figura 15: yacimiento geotérmico de alta temperatura
%M<;&() ;MD%EN(;4 En cuanto a la contaminación atmosférica que la generación geotermoeléctrica pueda producir" es importante tener en cuenta que ésta no emite óBidos de nitrógeno ?N)BA" ni óBidos de a$ufre ?S)BA" como ocurre en las plantas de combustión. 4as emisiones geotérmicas sólo contienen gases de &)/" aunque muy inferiores comparadas a las de una central térmica" que utilice como combustible gas natural" petróleo o carbón. En cuanto al agua separada ?salmueraA" si se reali$a la reinyección de ésta al propio yacimiento en forma adecuada" se eliminan los riesgos de contaminación del suelo" acuíferos superficiales y cursos de agua.
El ruido" en especial en la etapa de perforación de los po$os.
&.& Energía de la ,io+a!a
Si se utili$an residuos de otras acti!idades como biomasa" esto se traduce en un reciclaje y disminución de residuos. &anali$a" por tanto" los eBcedentes agrícolas alimentarios" permitiendo el apro!ec#amiento m-s integral de las tierras. 4os culti!os energéticos sustituir-n a culti!os eBcedentarios en el mercado de alimentos. Eso puede ofrecer una nue!a oportunidad al sector agrícola.
%mpacto ;mbiental Negati!o (iene un mayor costo de producción frente a la energía que pro!iene de los combustibles fósiles. Menor rendimiento energético de los combustibles deri!ados de la biomasa en comparación con los combustibles fósiles. 4a materia prima es de baja densidad energética" lo que quiere decir que ocupa muc#o !olumen y" por lo tanto" puede tener problemas de transporte y almacenamiento. Un problema serio es la deforestación" ya que con la tala de los -rboles para la obtención de lea se e!ita que éstos sigan consumiendo &)/ ?gas efecto in!ernaderoA. ;dem-s" la producción de biomasa a gran escala requiere de grandes superficies de tierras fértiles" lo que se traduce en no usarla para la producción de alimentos.
&.( Energía del Mar 4a potencialidad de la energía del mar est- en su abundancia. (res cuartas partes de la superficie de la (ierra est-n cubiertas por el mar" por lo tanto" reciben la mayor parte de la energía procedente de la radiación solar. El apro!ec#amiento de la energía del mar puede ser de tres tipos energía de las mareas ?mareomotri$A" energía de las olas y energía térmica oce-nica. Energía de las mareas
4as !entajas de esta fuente de energía son claras" ya que es una fuente muy abundante y reno!able" las mareas se repiten de forma periódica y f-cilmente predecible" se trata de una energía limpia que no genera gases que incrementen el efecto in!ernadero. Entre los incon!enientes cabe destacar que no es una tecnología desarrollada y que las labores de instalación y mantenimiento son complejas y costosas.
Energía de las olas 4as olas se forman por la acción del !iento" después crecen y se entreme$clan en el mar. Se #a calculado que una ola inicial de 10, metros de longitud" tarda :, #oras en ir de las islas ;$ores a Marruecos. 4a altura de las olas es !ariable segLn los océanos. 4as olas m-s altas obser!adas en el ;tl-ntico no rebasan los /, metros. En el Mediterr-neo" no eBceden los + metros" mientras que en el )céano ;nt-rtico se producen olas de #asta :, metros. EBisten adem-s los tsunamis" que son olas de alrededor de 1 m de altura" pero de gran longitud de onda" que llegan a la costa en forma de marejada y pro!ocan destrucciones. Una de las propiedades características de las olas es su capacidad de despla$arse a grandes distancias" con muy poca pérdida de energía.
Figura 16: mapa mundial de la densidad de las olas
4a tecnología de con!ersión de mo!imiento oscilatorio de las olas en energía eléctrica se fundamenta en que la ola incidente crea un mo!imiento relati!o entre un absorbedor y un punto de reacción que impulsa un fluido a tra!és del generador. 4a potencia instalada en operación en el mundo apenas llega a 1 MK. 4a mayor parte de las instalaciones lo son de tierra. Energía térmica oce-nica 4a con!ersión de energía térmica oce-nica es un método para transformar en energía Ltil la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se encuentra a 1,, m de profundidad. En las $onas tropicales esta diferencia !aría entre /, y /2 `&.
?amoníaco" freón" propanoA que se e!apora en contacto con el agua caliente de la superficie. Este !apor mue!e un turbogenerador" se condensa con agua fría de las profundidades y el fluido queda dispuesto de nue!o para su e!aporación. El incon!eniente de este sistema es su bajo rendimiento ?menos del 1,3A. Ello es debido a la baja temperatura del foco caliente y la poca diferencia de temperatura entre el foco frío y caliente. ;dem-s" es preciso reali$ar un desembolso eBtra de energía" empleado para el bombeo de agua fría de las profundidades para el condensado de los fluidos.
Conclu!ione! 4a energía con!encional a base de energías #idr-ulicas y térmicas que usa como combustible el petróleo continuar- predominando por muc#o tiempo m-s" debido a su !ersatilidad y facilidad de obtención. En algunos países como el Hapón la energía térmica no con!encional a base de combustible nuclear serel soporte de su desarrollo tecnológico. 4a energía solar y eólica las cuales son energías limpias que no contaminan el ambiente y son reno!ables" presentan muc#as aplicaciones en la actualidad y éstas se incrementar-n en el comercio. 4a aplicación de las energías con!encionales se da en las centrales #idroeléctricas. En el caso del
Reco+endacione! ;doptar medidas para promo!er el desarrollo sostenible y la di!ersificación de la matri$ energética en el
,i'liograa =amio ;ita <." Matri$ Energética en el
San#ue$a &." e 'errari 4." =uajardo M. Energías reno!ables Mito o Realidad. (rabajo para el programa de magíster en gestión ambiental de la U. &oncepción" ile" junio /,,0. Maldonado
Ane-o!
Ane-o 1 Energia !olar diaria #or de#arta+ento! en Per