Fuentes de energía y contaminación ambiental

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1 1 Fuentes de energía y contaminación ambiental Antoni Llardén Carratalà Director Corporativo Grupo Gas Natural Curso de Verano Universidad País Vasco San Sebastián, 12 de julio de

2 1Contenido 1. Introducción 2. Consecuencias sobre el Medio Ambiente 3. Cadena energética de los combustibles fósiles 4. Cuantificación de las emisiones asociadas al uso de la energía 5. Impactos sobre la Atmósfera. Análisis de resultados 6. Tecnologías de reducción de emisiones contaminantes 7. Conclusiones 3 1Introducción 4 2

3 Introducción Factores de crecimiento en los últimos 200 años Factor Población mundial (Millardos) 1 6 x 6 Esperanza de vida (Años) x 2 Horas de trabajo por año ) 2 Tiempo libre a lo largo de la vida (Horas) x 4 Movilidad (km/día) 0,04 40 x PIB Mundial (Billones de $) 0,5 36 x 70 Demanda mundial de energía (Gtep) 0,3 10 x 35 Contenido en carbono de los recursos energéticos (GtC) 0,3 6 x 22 Fuente: International Institute for Applied Systems Analysis Introducción Uso de la energía Desarrollo de la Sociedad Aumento del nivel de confort Incremento de las comunicaciones Mayor consumo de energía Efectos indeseados 6 3

4 Introducción Demanda Mundial de Energía Primaria por combustible Millones de tep Carbón Gas natural Hidroeléctrica Petróleo Nuclear Otras renovables % Crecimiento medio anual Carbón: 1,4 Petróleo: 1,6 Gas natural: 2,4 Nuclear: 0,1 Hidroeléctrica: 1,6 Otras renov.: 3,3 Fuente: AIE 7 Introducción Consumo de Energía Final por Sectores UE 2001 OCDE ,47% 34,08% 33,89% 33,71% 35,64% Total: 954,9 Mtep 32,21% Total: Mtep MUNDO ,10% Total: 6.060,5 Mtep 39,21% Industria Transporte Residencial Comercial Fuente: Energy Statistics yearbook, ENERDATA December ,69% 8 4

5 Introducción Intensidad energética Energía Final por Unidad de PIB (Base 1985 = 100) 9 Introducción Intensidad energética por sectores Variación en España ( ) % 25 22, , Industria Residencial-Comercial Transporte PIB -15 Fuente: Club Español de la Energía - Comisión Nacional de la Energía 10 5

6 2Consecuencias sobre el Medio Ambiente 11 Consecuencias sobre el Medio Ambiente Tipos de Energía: Fósiles: Carbón - Petróleo - Gas natural Nuclear Renovables: Hidroeléctrica - Solar - Geotérmica - Eólica Condicionantes de uso: Su coste y disponibilidad Del valor añadido que generan Medios afectados: Litosfera Hidrosfera Atmósfera 12 6

7 Consecuencias sobre el Medio Ambiente Efectos atribuibles a la utilización de fuentes de energía Cambio Climático Atmósferas y lluvias ácidas Destrucción capa de ozono Smog Efectos sobres seres vivos y patrimonio 13 Consecuencias sobre el Medio Ambiente Cambio Climático: Evidencias - Estimaciones Evidencias Incremento de la temperatura media (0,3-0,6ºC en 140 años) Deshielo de glaciares y elevación del nivel de las aguas Aumento de las inundaciones y períodos de sequía Transformación de flora y fauna Estimaciones IPCC para el 2100 Elevación temperatura media del aire entre 1 y 3,5 ºC Elevación del nivel del mar entre 15 y 95 cm 14 7

8 Consecuencias sobre el Medio Ambiente Protocolo de Kioto (1997) Limitar las emisiones conjuntas de 6 gases de efecto invernadero: Dióxido de carbono (CO 2 ) Uso energía Metano (CH 4 ) Óxido Nitroso (N 2 O) Hidrofluorocarbonos (HFC) Perfluorocarbonos (PFC) Hexafloruro de azufre (SF 6 ) No relacionados con el uso energía UE reducir las emisiones, en el horizonte , un 8% respecto a las de Consecuencias sobre el Medio Ambiente Contribución de los principales gases contaminantes al efecto invernadero 65% 15% 20% Dióxido de Carbono (65%) Metano (20%) Resto (15%) 16 8

9 Consecuencias sobre el Medio Ambiente Emisiones energéticas de CO 2 (millones de t) Fuente: AIE - World Energy Outlook 2002 Mundo OCDE Países en vías de Desarrollo Economías de transición 17 3Cadena energética de los combustibles fósiles 18 9

10 Cadena energética de los combustibles fósiles Contaminantes analizados Debidos a la combustión de las principales fuentes energéticas Dióxido de Carbono (CO 2 ) Dióxido de Azufre (SO 2 ) Óxidos de Nitrógeno (NOx) Óxido Nitroso (N 2 O) Compuestos Orgánicos Volátiles (COV s) Monóxido de Carbono (CO) Metano (CH 4 ) 19 Cadena energética de los combustibles fósiles Cadena Energética E. Primaria Bruta Minería Extracción Pretratamiento Transporte largo recorrido FASE 1 Preparación combustible Refino Tratamientos Distribución corto recorrido E. Primaria Neta (a pie de usuario) E. Primaria Neta Generación eléctrica E.Secundaria (Electricidad) (a pie de usuario) E. Primaria Neta SECTORES Residencial - Doméstico Servicios - Terciario Industria Transporte E. Útil Calor Frío Mecánica Iluminación E. Final FASE 2 Fuente: Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 20 10

11 Cadena energética de los combustibles fósiles Emisiones en la cadena energética Pérdidas Autoconsumo Tratamiento Transporte + Distribución Uso final El balance global energético y Medioambiental Energía Útil / Energía Final / Energía Primaria Contenido energético y medioambiental asociado a infraestructuras 21 Cadena energética de los combustibles fósiles Cuantificación de emisiones Metodología Tipos de energías (Producción / Consumo) Hipótesis de cálculo: energía tipo Análisis Másico Energético Medioambiental 22 11

12 Cadena energética de los combustibles fósiles Fase 1 Energía primaria bruta Fase 2 Energía primaria neta (a pie de Usuario) Energía primaria neta Electricidad Uso final 23 Cadena energética de los combustibles fósiles Composición y características de los combustibles tipo Combustib % C % H % S PCI (kcal/ PCS/PC Carbón Gasóleo Fuelóleo Gas Natura Fuente: Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 24 12

13 Cadena energética de los combustibles fósiles Cadena energética del carbón MINERÍA SUBTERRÁNEA 1.77 t Mineral carbón MINERÍA CIELO ABIERTO 0.83 t Mineral carbón EXTRACCIÓN BRUTA 2.60 t RELLENO MINAS 0.22 t ACUMULACIÓN ESCOMBRERAS Minería subterránea: 0,40 t Minería Cielo abierto: 0,30 t TOTAL ESCOMBRERAS: 0.70 t PRODUCCIÓN NETA DE CARBÓN Subterránea: 1.18 t Cielo abierto: 0.50 t TOTAL: 1.68 t ENERGÍA PRIMARIA NETA A PIE DE USUARIO 1.60 t 1 tep PÉRDIDAS Y MERMAS POR TRANSPORTE, TRATAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN 0.08 t USO FINAL PRODUCCIÓN ELÉCTRICA 53% COMBUSTIBLE 47% Fuente: Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 25 Cadena energética de los combustibles fósiles Cadena energética del petróleo USO FINAL PRODUCCIÓN BRUTA 1.25 t 1.25 tep TRANSPORTE 1.25 t 1.25 tep REFINERÍA 1.25 t 1.25 tep DISTRIBUCIÓN 1 t 1 tep ENERGÍA PRIMARIA A PIE DE USUARIO 1 t 1 tep CARBURANTES 56.3% PRODUCCIÓN ELÉCTRICA 13.7% PRODUCTOS NO ENERGÉTICOS 0.16 t 0.16 t CONSUMOS PROPIOS 0.08 t 0.08 t PÉRDIDAS 0.01 t 0.01 t USOS TÉRMICOS 30% Fuente: Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 26 13

14 Cadena energética de los combustibles fósiles Cadena energética del gas natural PRODUCCIÓN BRUTA tep PCS t ANTORCHA tep PCS t REINYECCIÓN A POZOS tep PCS t PRODUCCIÓN UTILIZADA tep PCS t GASES INERTES 0 tep PCS t PRODUCCIÓN COMERCIAL 1.01 tep PCS t OTRAS PÉRDIDAS tep PCS t COMERCIO NACIONAL (GASODUCTO) tep t COMERCIO INTERNACIONAL GASOD tep BARCO tep ENERGÍA PRIMARIA A PIE DE USUARIO 1 tep PCS t PÉRDIDAS TRANSPORTE 0.01 tep PCS t USO FINAL ELECTRICIDAD 26% INDUSTRIA 28.5% RESIDENCIAL TERCIARIO 26% ENERGÍA NO ELÉCTRICA 15% OTROS USOS 4.5% Fuente: Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 27 4Cuantificación de las emisiones asociadas al uso de la energía 28 14

15 Cuantificación de emisiones Valoración de las emisiones totales de cada energía Las propias del combustible Las derivadas de la tecnología utilizada Las debidas a la eficiencia de los procesos 29 Cuantificación de emisiones Fase 1 Emisiones totales de la fase 1 de la cadena energética Kg/ tep PCS puesto a pie de usuario Energía CO2 SO2 NOX COV S CO CH4 CARBÓN (7-37 PETRÓLEO (3-14 GAS NATURAL (6-24 Gas asociado: 40% - Gas no asociado: 60% Fuente: IPCC 1994 / IGU 1994 Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 30 15

16 Cuantificación de emisiones Fase 1 - Emisiones de CO 2 kg/tep CO2 277 Carbón (313) Petróleo (331) Gas Natural (277) 31 Cuantificación de emisiones Fase 1 - Resto de emisiones kg/tep Carbón Petróleo Gas Natural 5 0 4,92 2,81 1,56 1,510,67 0,63 0,011 0,16 0 0,23 0,240,054 SO2 NOx COV's CO CH

17 Cuantificación de emisiones Electricidad - Emisiones por kwh e a pie de usuario España Factores de emisión para el kwh eléctrico a la salida de central y a pie de usuario. Corresponden a toda la cadena energética de la electricidad. (Fase 1+Fase 2) Unidades : g/kwhe Emisiones CO 2 SO 2 NO x COV's CO N 2O P.S. Cz Producción 453 1,96 0,83 0,050 0,090 0,25 0,24 2,55 Fase F1 43 0,37 0,20 0,026 0,028??? TOTAL (salida de central) TOTAL (a pie de usuario) 496 2,33 1,03 0,076 0,118 0,25 0,24 2, ,59 1,14 0,084 0,131 0,28 0,27 2,83 Nota: a) P.S.: partículas Cz: cenizas b)? no se dispone de información Fuente:Estudio de Impacto Ambiental de la central de ciclo combinado de gas natural en Arrúbal (La Rioja) Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 33 Cuantificación de emisiones Calefacción en edificios mediante sistemas convencionales C C Sector doméstico y comercial. Producción de calor (Fase 1 + Fase 2) Factores de emisión (g/kwh útil final) Energía? CO 2 SO 2 NO x OV's O N 2O (%) Tecnología : Calderas Carbón (Inst. colectiva) ,536 0,826 0,370 0,533 0,095 Gasóleo (Ins t. individual) ,032 0,585 0,129 0,249 0,075 Gasóleo (Inst. colectiva) ,980 0,525 0,121 0,074 0,075 Gas Natural (Inst. individual) Caldera convencional Gas Natural (Inst. colectiva) Caldera alta efic iencia Gas Natural Caldera condensación ,009 0,346 0,051 0,056 0, ,008 0,323-0,052 0, ,007 0,290-0,047 0,015 Tecnología : Conversión directa electricidad a calor (Efecto Joule) Electricidad ,590 1,140 0,084 0,131 0,280 Fuente: Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera y Elaboración Propia 34 17

18 Cuantificación de emisiones Calefacción en edificios - Emisión de CO 2 g/kwh útil Electricidad (Joule) (551) Gasóleo (I. Individual) (409) Gasóleo (I. Colectiva) (383) Gas Natural (I. Individual) (280) 0 Gas Natural (Caldera Condens) (227) Fuente: Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 35 Cuantificación de emisiones Sector Industrial - Calderas Sector industrial. Producción de calor Factores de emisión (g/kwh útil final) correspondientes a toda la cadena energética (Fase F1 + Fase F2) Energía η (%) CO2 SO 2 NO x COV's CO N 2 O Tecnología: Calderas Carbón Gasóleo Fuelóleo Gas Natural Tecnología: Conversión directa electricidad a calor (Joule) Electricidad Fuente: Impacto medioambiental del gas natural frente a otras energías. Universitat de Barcelona - Fundació Bosch i Gimpera 36 18

19 Cuantificación de emisiones Sector Industrial - Hornos Fusión de Aluminio con Quemadores Regenerativos Fuelóleo Gas Natural 0 Consumo kwh/t CO2 kg/t NOx g/t 37 Cuantificación de emisiones Sector Industrial - Hornos Industria azulejera λ Reducción de las emisiones con respecto al fuelóleo SO 2 CO 2 NOx Partículas % de reducción > Disminución del consumo de energía primaria 50% 38 19

20 Cuantificación de emisiones Sector Industrial - Cogeneración EMISIONES PARA UN SISTEMA DE COGENERACIÓN CON MOTOR ALTERNATIVO A GAS Y UN SISTEMA CONVENCIONAL g (gramos) CO 2 SO 2 NOx Partículas Sólidas Sistema de cogeneración con motor alternativo a gas 1 kwhe + 1,075 te calor útil 507 0,015 1,42 - Sist ema convencional 1 kwhe 1,075 te calor útil ,0 3,225 4,61 0,69 0,54 - TOTAL ,225 5,30 0,54 Emisiones evitadas (%) Fuente: Revista G. Clientes 39 Cuantificación de emisiones Sector Industrial - Cogeneración EMISIONES PARA UN SISTEMA DE COGENERACIÓN CON TURBINA DE GAS Y UN SISTEMA CONVENCIONAL g (gramos) CO 2 SO 2 NOx Partículas Sólidas Sistema de cogeneración con turbina de gas 1 kwhe + 1,230 te calor útil 581 0,017 0,91 - Sistema convencional 1 kwhe 1,230 te calor útil ,0 3,7 4,61 1,92 0,54 - TOTAL ,7 6,53 0,54 Emisiones evitadas (%) Fuente: Revista G. Clientes 40 20

21 Cuantificación de emisiones Cogeneración Comparación de emisiones entre un sistema convencional y sistemas de cogeneración CO2 SO2 NOx Partículas Sólidas Fuente: Revista G. Clientes Térmica Convencional S. Cogen. Motor a gas S. Cogen. Turbina de gas 41 Cuantificación de emisiones Emisiones del transporte Participación del Transporte en la Demanda del Petróleo (OCDE) 1971: 35% : 54% : 59% : 62% El transporte en Europa es responsable de aproximadamente: El 25% de las emisiones de CO 2 El 85% de las emisiones de CO El 40% de las emisiones de otros contaminantes (NOx, HC, partículas, etc.) A nivel local, el gas natural reduce los efectos nocivos de las emisiones de CO, NOx, HC y partículas, disminuyendo el nivel de inmisión y mejorando la calidad del aire en los núcleos urbanos 42 21

22 Cuantificación de emisiones Menores emisiones - Iveco Cityclass CNG Valores límite para la prueba ETC g/kwh ,45 4 Fuente: IRISBUS IBÉRICA 4 3 0,54 0,78 0,55 0,55 0,4 0,02 1,60 1,1 1,1 0,65 0,16 5,00 3, ,18 0,16 0,03 0,03 0,02 0,01 CO NMHC CH4 NOx PT EURO 3 EURO 4 f2 CITYCLASS GNC 240 CV EURO 4 f1 EEV 43 5Impactos sobre la Atmósfera. Análisis de resultados 44 22

23 Impactos sobre la Atmósfera. Análisis de resultados Ventajas del gas natural Disminución de emisiones en generación eléctrica Ahorros de CO 2, NOx y N 2 O Nula emisión de SO 2 No emisión de partículas y cenizas Cogeneración por gas: Mejora de eficiencia energética y reducción de contaminantes Emisión despreciable de metales pesados 45 Impactos sobre la Atmósfera. Análisis de resultados Efecto Invernadero Con respecto al resto de los combustibles fósiles: CO 2 : El gas natural emite 30-50% menos en generación de calor por combustión, cogeneración y producción eléctrica N 2 O: El gas natural emite 70-80% menos en generación de calor por combustión, 25% en cogeneración y 60-70% en producción de electricidad CH 4 : 20% inferior al carbón, 40% menos que la electricidad No CFC s 46 23

24 Impactos sobre la Atmósfera. Análisis de resultados Acidificación de atmósferas y lluvias ácidas Ausencia de emisiones de SO 2 NOx: 30-70% menos que la generación eléctrica centralizada Destrucción del ozono estratosférico NOx - N 2 O: Menores emisiones No CFC s Contaminación por ozono troposférico NOx - HCNM: Menores emisiones Turbidez atmosférica Ausencia de cenizas y partículas 47 6Tecnologías de reducción de emisiones contaminantes 48 24

25 Tecnologías de reducción de emisiones contaminantes Nuevas tecnologías del gas natural Microcogeneración Calderas de condensación Quemadores de bajas emisiones de NOx Combinaciones de gas y energía solar Quemadores de infrarrojos Vehículos con gas natural Generación de hidrógeno (pilas de combustible) 49 7Conclusiones 50 25

26 Conclusiones El gas natural es una energía respetuosa con el medio ambiente, que presenta claras ventajas en relación con otros combustibles fósiles y que está llamada a jugar un papel relevante y claro en las políticas energéticas de todos los países. Su aportación puede ser decisiva para conseguir una mejora en la prevención del Cambio Climático y un Desarrollo Sostenible 51 Conclusiones El gas natural es un combustible abundante, que permite la aplicación de tecnologías de alta eficiencia y aporta ventajas medioambientales en su utilización respecto a otros combustibles fósiles. Por tanto, reduce los consumos energéticos y el impacto ambiental, mitigando los efectos sobre el Cambio Climático y la contaminación local, favoreciendo el desarrollo sostenible

27 Conclusiones Según la planificación energética del Gobierno Español, el consumo de gas natural en nuestro país crecerá de manera muy importante en los próximos años, lo que permitirá reducir las emisiones a la atmósfera y acercarnos al cumplimiento de los objetivos del Protocolo de Kioto 53 Conclusiones El gas natural es una de las mejores opciones para avanzar hacia futuras fuentes de energía aún menos contaminantes 54 27

28 Muchas gracias Antoni Llardén Carratalà 55 28

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