TEMA 6. RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES Y NO RENOVABLES. (CTMA)

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1 TEMA 6. RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES Y NO RENOVABLES. (CTMA) 1. INTRODUCCIÓN. Los recursos energéticos de la Tierra se consideran renovables y no renovables en función de si pueden o no agotarse al ser utilizados. Así: Recursos energéticos no renovables: Son aquellos que, al igual que los recursos minerales, no se regeneran o lo hacen a un ritmo infinitamente más lento que el de su consumo. Ejemplos de recursos energéticos no renovables son: los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y la energía nuclear (obtenida fundamentalmente del uranio). Recursos energéticos renovables: Son aquellos cuya regeneración se produce a un ritmo ligeramente inferior o igual al de su consumo, lo que los hace teóricamente inagotables, al menos en la escala de tiempo humana. Estos recursos consisten en flujos de energía que tienen lugar de forma constante en los procesos terrestres (como la energía solar, la energía hidráulica, el viento, la energía geotérmica o la energía de los océanos) o son materiales con energía almacenada pero de rápida regeneración, como la biomasa. 2. LOS COMBUSTIBLES FÓSILES. Las principales fuentes de energía que usamos en la actualidad son sustancias formadas a partir de la transformación, en el interior de la corteza terrestre, de restos de organismos que habitaron el planeta hace millones de años. Estas sustancias se conocen con el nombre general de combustibles fósiles, y son el carbón, y los hidrocarburos: petróleo y gas natural EL CARBÓN. El carbón es el combustible fósil más abundante. Fue la principal fuente de energía durante la Revolución Industrial. En la actualidad ha disminuido su importancia, pese a su abundancia, debido a la dificultad de su extracción y distribución y a los problemas ambientales que originan su explotación y su combustión. 1

2 LA FORMACIÓN DEL CARBÓN. El carbón se ha formado prácticamente en todos los continentes y en todas las épocas geológicas, aunque las condiciones más adecuadas para ello se dieron en el período del Carbonífero (hace 347 a 280 millones de años). La calidad del carbón está determinada fundamentalmente, por la cantidad de energía que almacena (su riqueza en carbono), que depende del grado de enterramiento y de calor que soportó el yacimiento durante el proceso de litificación (maduración). Los mejores carbones serán aquellos que, debido a que han soportado mayores presiones y temperaturas, tienen menos agua y componentes volátiles y más carbono. Según esto, los tipos de carbones se clasifican, en función de su contenido en carbono, en antracita (90 a 95% de carbono), hulla (80%), lignito (70%) y turba (45 a 60%). USOS DEL CARBÓN. El carbón es un combustible sólido que se puede quemar directamente. Sus usos principales son la obtención de energía eléctrica en centrales térmicas, la industria metalúrgica y la calefacción doméstica. El gas producido a partir del carbón ha sido utilizado durante muchos años para iluminar las calles y como combustible doméstico. Actualmente, ha sido sustituido por el gas natural, que es más barato y tiene mayor poder calorífico. 2

3 2.2. LOS HIDROCARBUROS: PETRÓLEO Y GAS NATURAL. Los hidrocarburos son moléculas compuestas principalmente por carbono e hidrógeno combinados de diversas formas. Los principales yacimientos de hidrocarburos naturales son los de petróleo y gas natural. Estos combustibles fósiles son mezclas de varios tipos de hidrocarburos que contienen pequeñas cantidades de azufre, nitrógeno y oxígeno. Los hidrocarburos más simples son gaseosos y componen el gas natural, que consiste, en gran parte, en metano y otros compuestos que contienen cuatro o menos átomos de carbono por molécula (etano, propano y butano). Si sólo está formado por metano, recibe el nombre de gas seco, mientras que si presenta cantidades superiores al 4,5% de etano y gases más pesados se denomina gas húmedo. En cambio, los hidrocarburos que contienen un gran número de átomos de carbono por molécula son líquidos o semisólidos y forman parte del petróleo. Este tipo de compuestos son químicamente complejos, y tan numerosos que difieren entre los distintos yacimientos. FORMACIÓN Y UBICACIÓN DE LOS YACIMIENTOS DE HIDROCARBUROS. El petróleo y el gas natural se originan al descomponerse los restos de organismos marinos (básicamente fitoplancton y zooplancton) acumulados en los sedimentos de los fondos oceánicos que van quedando enterrados juntos a los sedimentos inorgánicos que llegan a la cuenca. La descomposición por bacterias inicia el proceso que produce los distintos hidrocarburos. Para la formación de un yacimiento de petróleo o gas son necesarias tres condiciones: Una roca madre, generalmente una roca sedimentaria de grano fino, originada por diagénesis a partir de los sedimentos que contienen la materia orgánica y en la que se producirá la descomposición de ésta. Una roca almacén, porosa o fracturada, hasta la que migra el petróleo una vez formado y en la que se acumula. Una trampa, que es una roca impermeable o estructura geológica unida a ella, que retiene el petróleo, en su migración hacia la superficie, e impide que llegue a entrar en contacto con la atmósfera. 3

4 EL PETRÓLEO. EXPLOTACIÓN Y UTILIZACIÓN. La humanidad conoce y explota el petróleo desde la Antigüedad; se tiene constancia de que los romanos lo extraían de yacimientos muy superficiales y lo quemaban para caldear algunas termas. Sin embargo, la explotación de los yacimientos más profundos y su utilización generalizada como fuente de energía datan del siglo XX. La civilización actual está basada en el uso del petróleo, ya que de él se obtienen tanto productos para usos energéticos como materias primas para procesos industriales. Por eso, uno de los principales problemas de la economía mundial es la necesidad de encontrar soluciones al futuro agotamiento del petróleo. El petróleo se extrae con torres de perforación que pueden perforar corteza continental, o bien corteza oceánica (en este último caso, la extracción se hace en las denominadas plataformas petrolíferas). 4

5 Una vez el petróleo es extraído éste es transportado con facilidad mediante oleoductos o barcos petroleros. Su destino son las plantas petroquímicas, donde es sometido a un tratamiento químico o proceso de refino llamado destilación fraccionada, por lo que se separan sus componentes y se fabrican y almacenan combustibles, lubricantes, fibras textiles, plásticos, detergentes, parafinas, betunes, resinas, abonos, herbicidas, disolventes, etc. Por sus múltiples aplicaciones y por las ganancias que genera, al petróleo se le ha llamado oro negro. EL GAS NATURAL. EXPLOTACIÓN Y UTILIZACIÓN. La extracción del gas natural para su uso con fines energéticos comienza en la década de 1930 en los EEUU. Dado que el gas se forma junto con el petróleo y se acumula mezclado o por encima de este, su extracción se basa en los mismos métodos de sondeo y perforación que con el petróleo. Una vez el gas sale del yacimiento, éste es purificado y licuado para facilitar su transporte y almacenamiento. Posteriormente, es llevado mediante tuberías (gaseoductos) o en buques provistos de tanques especiales, hasta los puntos de consumo. 5

6 En cuanto a su uso, el gas natural es un combustible eficaz, con un coste moderado, y menos contaminante que los otros combustibles fósiles. En la actualidad se emplea mucho tanto en el ámbito doméstico (calefacción, agua caliente sanitaria, cocina, etc.) como en la industria (fabricación de cristal laminado, de acero de alta calidad, etc.) y el transporte (algunos motores de explosión funcionan ya con este combustible). Por estas razones económicas y ambientales, el consumo de gas natural ha crecido mucho en los últimos tiempos. Las reservas son todavía abundantes y se supone que quedan yacimientos sin descubrir. Sin embargo, este recurso energético no renovable también se agotará si sigue el ritmo de explotación actual PROBLEMAS Y SOLUCIONES AL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES. PROBLEMAS. Los dos principales problemas derivados de la explotación de los recursos energéticos no renovables son los que se relacionan con su agotamiento y con los impactos ambientales que ocasionan. Agotamiento y dependencia energética. En la actualidad, todos los países del mundo dependen en mayor o menor medida de los recursos energéticos no renovables, especialmente de los combustibles fósiles, de forma que, si no dispusieran de ellos, aunque solo fuera temporalmente, verían frenado su desarrollo de forma drástica. La situación es todavía más grave en los países muy industrializados que necesitan disponer de energía sin interrupción; la situación en estos países es tan frágil que una escasez temporal de petróleo, por ejemplo, debido a conflictos bélicos, o a una fuerte subida del petróleo, puede tener repercusiones muy graves sobre sus economías. Los impactos ambientales. Los principales impactos son los siguientes: La contaminación y los residuos. La quema de los combustibles fósiles produce contaminantes atmosféricos tóxicos para los organismos y, además, favorece el efecto invernadero, causando un calentamiento climático global. Por otro lado, el petróleo y sus derivados generan importantes impactos ambientales en los ecosistemas si se vierten intencionada o accidentalmente mientras se transportan o se usan. 6

7 Los impactos paisajísticos. Cualquier instalación destinada a la explotación o el uso de las fuentes de energía no renovables (como las centrales térmicas, los tendidos eléctricos y las explotaciones de carbón, petróleo y gas natural) supone un importante deterioro del paisaje. SOLUCIONES. Dado que los problemas del uso irracional de los recursos energéticos no renovables tienen una intensidad y una repercusión crecientes, se han empezado a desarrollar una serie de políticas energéticas para hacer compatibles el desarrollo económico y la protección del medio ambiente. Estas políticas tienen como objetivos fundamentales tomar medidas tendentes a la diversificación energética, la eficiencia en el uso de las energías no renovables y el ahorro de energía. La diversificación energética. Es la sustitución progresiva de las fuentes de energía no renovables por otras renovables o con menor impacto ambiental. Las principales líneas de trabajo en muchos países se dirigen al desarrollo de sus propios recursos energéticos, sobre todo de los renovables, para reducir la dependencia energética de un solo tipo de recursos. Uso eficiente y ahorro de energía. Mientras se produce la diversificación energética, no se puede renunciar al uso de las demás fuentes de energía. Así, se trata de emplear los recursos energéticos no renovables de una forma racional, para alargar la duración de sus reservas (reduciendo su consumo) y para minimizar o corregir sus impactos en el medio ambiente. Este uso racional se basa en: El fomento de la eficiencia en el uso de la energía. Consiste en la promoción de programas de investigación dedicados a aumentar la eficacia o reducir las emisiones en todos los sistemas que usan combustibles fósiles o electricidad (motores, centrales generadoras de electricidad, sistemas de calentamiento de materiales en el hogar o la industria, etc.). Diversas medidas para el ahorro de energía. Entre ellas destacan las campañas de información y sensibilización ciudadana, las subvenciones a los transportes públicos o la creación de un impuesto, denominado tasa de aplicación ecológica, que se añade al precio de la energía y que se destina a amortiguar sus impactos. 7

8 Medidas para ahorrar energía. Iluminación. Sustituir las antiguas bombillas por lámparas de bajo consumo. Baño. Regular el agua caliente a temperaturas por debajo de los 40ºC. Aire acondicionado. Regular el equipo para tener temperaturas cercanas a los 20ºC. Ordenador. Configurar el ordenador y la impresora en modo ahorro. Electrodomésticos. Elegir electrodomésticos eficientes, de calificación energética tipo A. Calefacción. Aislar habitaciones y ventanas y mantener el termostato entre 20-22ºC. Transporte. Utilizar el transporte público en lugar del coche particular. Televisor. Apagar el botón de los equipos en lugar de dejar el stand-by. 3. LA ENERGÍA NUCLEAR. Los núcleos de los átomos que forman la materia contienen grandes cantidades de energía, que se libera cuando estos sufren reacciones nucleares, es decir, interacciones de un núcleo con otros o con partículas elementales, de forma que se modifica su composición de protones y neutrones y parte de su materia se convierte en energía. La ciencia actual es capaz de producir dos tipos de reacciones nucleares que permiten liberar esta energía nuclear: la fisión, en la que se rompe un núcleo atómico de gran tamaño, y la fusión, en la que se unen pequeños núcleos para formar uno mayor. En los dos tipos de reacciones se desprenden mucha energía. Sin embargo, hasta la fecha, sólo se ha conseguido controlar la fisión para generar energía eléctrica, ya que la fusión presenta ciertas dificultades técnicas aún no resueltas. LA ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN. En la fisión nuclear se bombardea con neutrones el núcleo de un isótopo de uranio (el combustible nuclear ) para dividirlo en dos núcleos más ligeros y neutrones libres capaces de provocar más fisiones. Esto inicia una reacción en cadena que genera mucha energía. Si no se controla, la reacción en cadena de la fisión nuclear, se origina el conocido proceso explosivo de las bombas atómicas. Para poder controlar la reacción, se encierra ésta en un recipiente, llamado reactor nuclear, en el que se utilizan bajas concentraciones de uranio. 8

9 Además, se disponen de unas barras de control deslizantes de boro o de cadmio, que absorben neutrones, para regular el número de fisiones producidas. El número de neutrones absorbidos varía según se introduzcan más o menos estas barras de control entre las varillas del combustible, controlando así la energía que se produce. VENTAJAS DE LA FISIÓN NUCLEAR. Genera una gran cantidad de energía eléctrica, que resulta muy barata una vez superados los gastos iniciales de construcción de la central y de preparación del combustible nuclear. Si la central funciona correctamente, no produce contaminantes para la atmósfera como los combustibles fósiles, es decir, se puede considerar una energía limpia. INCONVENIENTES DE LA FISIÓN NUCLEAR. La disponibilidad del Uranio-235 que representa únicamente el 0,7% del uranio natural contenido en las menas. Además, las reservas de Uranio son limitadas y aunque podrían garantizar el abastecimiento durante bastante tiempo, también se agotarán. Se generan residuos radiactivos de alta intensidad que siguen siendo tóxicos durante miles de años. Es muy difícil encontrar un lugar seguro para estos residuos, y su almacenamiento supone la transmisión del problema a las generaciones futuras. La potencial peligrosidad. En teoría, las centrales nucleares son seguras, ya que se construyen para garantizar que no se escapen radiaciones o sustancias radiactivas al exterior del reactor. Sin embargo, los accidentes como el de la central nuclear de Chernóbil (Ucrania, abril 1986) y los residuos que generan las centrales, hacen que esta energía 9

10 sea considerada muy peligrosa e incluso que algunos países se nieguen a instalarla en su territorio. Las dificultades técnicas. Las centrales nucleares requieren tecnologías muy caras y complejas que no están al alcance de todos los países. Impactos paisajísticos. Las centrales nucleares, los tendidos eléctricos, así como las explotaciones de uranio supone un importante deterioro del paisaje. 4. LAS ENERGÍAS ALTERNATIVAS. En vista de los problemas que implica la utilización de las fuentes de energía actuales, se están buscando otras alternativas, algunas de las cuales son nuevas y otras no tanto, pero casi todas ellas son renovables (la energía geotérmica es no renovable) y de bajo impacto ambiental (exceptuando la energía hidroeléctrica cuyo impacto ambiental es elevado). Para evaluar su posible uso futuro observaremos algunos factores, entre ellos su disponibilidad actual y su coste económico, ya que en nuestra sociedad no se realizará el cambio a otras fuentes energéticas que no sean competitivas. Un grave problema para la adopción de las nuevas energías es la inexistencia de la infraestructura necesaria para su uso. Además, algunas de las nuevas fuentes de energía pueden funcionar bien a pequeña escala, pero presentan problemas al intentar explotarlas a lo grande RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA ATMÓSFERA: ENERGÍA SOLAR Y ENERGÍA EÓLICA ENERGÍA SOLAR COMO RECURSO. La energía solar que llega a la Tierra en forma de radiaciones electromagnéticas (sobre todo, luz y calor) constituye una fuente energética que el ser humano puede utilizar directamente o mediante sistemas especiales de captación y conversión en otras formas de energía. La energía solar, junto con la eólica, es la energía renovable que más desarrollo ha experimentado en los últimos años. APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR. El aprovechamiento eficaz de la energía procedente del Sol es reciente, ya que exige una cierta capacidad tecnológica. Para lograrlo, hay dos tipos de sistemas: unos usan la energía calorífica del Sol para calentar (sistemas de captación solar térmica); otros transforman la energía luminosa del Sol directamente en electricidad (sistemas fotovoltaicos). 10

11 Sistemas de captación solar térmica: Emplean materiales absorbentes (que se calienten y puedan transferir el calor), reflectantes (para dirigir y concentrar las radiaciones solares hacia el absorbente) y aislantes (para evitar que el calor captado se pierda). 11

12 Sistemas fotovoltaicos: Las células fotovoltaicas convierten directamente la energía solar en electricidad. Son pequeñas superficies planas elaboradas con un material semiconductor (generalmente, silicio) que presenta dos zonas bien diferenciadas, cada una con una concentración diferente de electrones: una es de silicio tipo P (positivo) (deficitario de electrones) y otra de silicio tipo N (negativo) (con exceso de electrones). Cuando la luz incide sobre la célula solar, se crea un flujo de electrones (corriente eléctrica) entre los dos tipos de silicio, que es recogido por unos contactos metálicos. Las instalaciones fotovoltaicas se pueden utilizar de forma autónoma, aplicadas a edificios u objetos aislados de la red eléctrica (señales de tráfico, bombas de agua, satélites artificiales, etc.) También pueden conectarse a la red general, para ceder la totalidad de su producción (centrales fotovoltaicas) o los excedentes (instalaciones de aporte complementario). 12

13 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA SOLAR. Ventajas: Su renovabilidad. Escaso impacto ambiental, no emite gases y produce pocos residuos. Escaso coste de la energía que proporciona tras amortizar la inversión inicial. Versatilidad ya que permite instalaciones particulares o que exporten energía a la red general. Inconvenientes: Dependencia de la meteorología. Falta de suficientes horas de sol al año en algunos lugares. Elevado coste y la complejidad de algunas instalaciones. Dependencia de acumuladores de los sistemas fotovoltaicos, que contienen sustancias contaminantes LA ENERGÍA EÓLICA COMO RECURSO. La energía eólica es la energía cinética del viento. Los desplazamientos de las masas de aire que tienen lugar en la atmósfera son una fuente de energía renovable que el ser humano puede aprovechar directamente o transformar en otras formas de energía. SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA EÓLICA. Todos los métodos para aprovechar la energía de las corrientes de aire lo hacen a través de perfiles aerodinámicos, que son superficies con una forma asimétrica (uno de sus lados es cóncavo, y el otro, convexo) que obliga al viento a pasar a mayor velocidad por la zona convexa que por la cóncava, lo que produce una variación en la presión, y esta variación de presión va a generar una fuerza, de tal modo que, si una o más de estas superficies aerodinámicas se conectan a un vehículo, pueden moverlo (como ocurre en los barcos que consiguen impulso gracias a las velas); si se conectan a un eje, lo hacen girar (como en las máquinas eólicas, que emplean palas). Estos métodos de aprovechamiento de la energía eólica no han sufrido variaciones sustanciales desde la Antigüedad (barcos, molinos o bombas de agua), si bien se han perfeccionado. Las máquinas eólicas han mejorado su diseño y su tecnología y consiguen un aprovechamiento más eficaz de la energía eólica. 13

14 Las que se conectan a generadores de energía eléctrica se llaman aerogeneradores, aunque también se usan como aeromotores, para mover bombas de agua, desaladoras, etc. Estas máquinas pueden utilizarse tanto de forma autónoma (para cubrir las necesidades energéticas de un particular o de una pequeña comunidad), como de forma centralizada en forma de parque eólico (gran número de aerogeneradores que vierten la energía eléctrica que generan a la red eléctrica general). VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA EÓLICA. En las zonas con suficiente viento, la producción de la electricidad mediante aerogeneradores es una fuente de energía renovable competitiva frente a otras, y se perfila como un importante complemento de la obtenida de otras fuentes renovables o de las tradicionales no renovables. Sin embargo, todavía presenta ciertos inconvenientes operativos y no está exenta de impactos medioambientales. 14

15 Ventajas: Fuente energética totalmente renovable y bastante limpia, que reduce la dependencia energética de combustibles fósiles y nucleares. La construcción de los equipos que emplea no es demasiado costosa ni complicada. Los costes de manipulación y mantenimiento son bajos. Generan numerosos puestos de trabajos. Inconvenientes: Sus instalaciones tienen impactos ambientales, sobre todo, destruyen la estética del paisaje, conllevan riesgos para las aves, generan ruidos, etc. Su rendimiento energético es escaso, ya que los vientos son intermitentes y aleatorios; por eso, resulta arriesgado depender de esta energía de manera exclusiva, incluso recurriendo a acumuladores. Provocan interferencias en radares, transmisiones de televisión, etc RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA HIDROSFERA: LA ENERGÍA DE LOS OCÉANOS Y LA ENERGÍA HIDRÁULICA LA ENERGÍA DE LOS OCÉANOS. Los océanos contienen gran cantidad de energía que es posible aprovechar. Casi toda procede principalmente de los movimientos de los movimientos de agua de mar (como las mareas o las olas) y de las diferencias de temperatura entre las distintas capas de agua. Los principales sistemas de aprovechamiento de estas formas de energía son los siguientes: Aprovechamiento de la energía de las mareas: La diferencia de altura del agua entre la bajamar y la pleamar genera un desnivel que puede transformarse en energía cinética del agua en movimiento. Para aprovechar esta circunstancia, las centrales mareomotrices cuentan con diques que forman un embalse costero en el que el agua entra y sale a través de las turbinas de la base de la presa, generando así la electricidad. Una de las centrales mareomotrices más importantes es la que se encuentra en el río Rance en Francia (Fotos abajo). 15

16 Aprovechamiento de la energía de las olas: En los últimos años, se ha investigado mucho sobre el aprovechamiento de las olas para la producción de energía. Aunque hay muchos prototipos, los más desarrollados en la actualidad son los denominados Pelamis. En España se está utilizando como prototipo una boya que hace subir y bajar una parte flotante que transmite esta energía a un generador de electricidad, la cual se distribuye mediante un cable submarino. Prototipo Pelamis Prototipo boyas Aprovechamiento de las diferencias térmicas del agua de mar: La diferencia de temperatura entre las capas superficiales calientes y las profundas más frías de los océanos (que es máxima en los mares tropicales) se puede transformar en energía en las llamadas máquinas talasotérmicas. El método emplea un líquido que se evapora y se expande a la temperatura de las aguas cálidas, y que vuelve a licuarse en las aguas frías profundas. El fluido al evaporarse, mueve unas turbinas generadoras. Cuando el gas vuelve a licuarse en las capas frías, se cierra el ciclo. 16

17 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ. Ventajas: La energía mareomotriz es una energía renovable y silenciosa. Es una energía limpia que no produce gases de efecto invernadero. Se pueden obtener grandes cantidades de energía de una manera muy eficiente e ilimitada, ya que las mareas, en los lugares donde se producen son muy regulares. Inconvenientes: El impacto en ocasiones es importante en el medio donde se encuentran las instalaciones. Otro inconveniente importante es el económico, ya que la inversión inicial para la construcción de una central mareomotriz es elevada LA ENERGÍA HIDRÁULICA. La energía hidráulica es la que se obtiene al aprovechar la caída del agua desde cierta altura. Para aprovechar la energía hidráulica, es necesario un salto de agua o desnivel lo bastante grande para que el agua, al caer, adquiera suficiente energía cinética a costa de su energía potencial. APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA. La energía hidráulica se obtiene en las denominadas centrales hidroeléctricas. Son zonas donde el caudal de agua es lo suficientemente elevado y regular. En ellas se encuentran las denominadas máquinas hidráulicas (turbinas), capaces de moverse empujadas por el flujo del agua, por medio de las cuales se transforma la energía cinética en energía mecánica. Estas turbinas se conectan a generadores de electricidad. 17

18 Las centrales hidroeléctricas cuentan con sistemas para regular la cantidad de agua que pasa por las turbinas, con el fin de producir solo la cantidad de electricidad que se necesita para la demanda existente en cada momento. Según la forma en que se lleva a cabo esta regulación, se distinguen dos tipos de centrales: las centrales con embalse y las fluyentes. CENTRALES CON EMBALSE. En este tipo de centrales, se construye una presa que obstruye el cauce del río, y se forma un embalse, capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes y que eleva notablemente el nivel del agua. La central se suele situar al pie de la presa para aprovechar el desnivel entre el agua del embalse y el primitivo cauce del río. Suelen ser de gran tamaño y muy potentes, por lo que pueden generar una gran cantidad de energía eléctrica. Ventajas: El agua embalsada también puede servir para el consumo humano, para riego o para actividades deportivas. El rendimiento energético es muy alto y la producción de energía eléctrica es muy grande. La energía producida es barata. El caudal del río queda regulado, lo que reduce el riesgo de crecidas y asegura agua suficiente para todo el año aunque no llueva. Inconvenientes: Los embalses inundan y destruyen zonas de cultivo, pueblos y ecosistemas fluviales. Obstruyen el río, se llenan con los sedimentos que este arrastra e impiden el desplazamiento a lo largo del río de los animales fluviales. La construcción de las presas suele ser muy costosa. Necesitan largos tendidos para llevar la electricidad hasta los grandes centros de consumo, que a menudo están muy alejados. 18

19 LAS CENTRALES FLUYENTES. En estas centrales (también denominadas de pasada) no hay embalse. El agua es retenida simplemente por un dique especial, denominado azud, y desviada hacia la central mediante un canal, el canal de derivación, hasta una pequeña zona de carga desde donde se lanza hasta la turbina por una tubería forzada. El control del caudal se hace dejando pasar más o menos agua al canal de derivación. Una vez que el agua mueve la turbina, se devuelve al cauce natural de río. Estas centrales suelen ser de menor tamaño que las centrales con embalse y generan menos energía, por eso se denominan minicentrales. Se instalan sobre ríos que presentan pocas variaciones de caudal. Ventajas: Tienen un escaso impacto ambiental, ya que no modifican el paisaje ni los ecosistemas fluviales, porque no tienen que embalsar agua. Su construcción es poco costosa. Su tecnología es sencilla. No se necesitan largos tendidos eléctricos, porque los centros de consumo están cerca de la central. Inconvenientes: El rendimiento energético es menor que en las centrales con embalse, puesto que no aprovechan toda la energía contenida en el cauce. Dependen de que el caudal del río sea relativamente constante a lo largo del año, por lo que no pueden instalarse sobre cauces que se sequen en verano. 19

20 4.3. RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA GEOSFERA: LA ENERGÍA GEOTÉRMICA. El calor existente en el interior de la Tierra es también una fuente de energía. En las zonas volcánicas es posible utilizar la energía geotérmica para obtener vapor de agua y agua caliente. En algunos lugares existen fuentes geotérmicas que brotan de forma natural, ya sea como agua caliente, como en los balnearios o en otras fuentes naturales; o en forma de vapor (géiseres). En las centrales geotérmicas se puede introducir agua fría a través de cañerías a cierta profundidad y recoger el vapor de agua que sale a presión a través de otras cañerías. El vapor es capaz de mover una turbina que, a su vez, hace girar un generador. Este último transforma la energía cinética en energía eléctrica. También se puede aprovechar el agua caliente resultante del proceso para la calefacción y agua caliente de los hogares y para calentar los invernaderos, como es el caso de Islandia. Las perforaciones modernas han conseguido llegar hasta los 3500 metros de profundidad y, como es lógico, cuanto más abajo se llegue la energía geotérmica será mayor. El problema de este tipo de energía es que no es renovable, pues la energía térmica de los pozos no dura más de 15 años y, sin embargo, tarda millones de años en volver a regenerarse. La ventaja es que es una energía limpia (no emite contaminantes). 20

21 4.4. RECURSOS ENERGÉTICOS DE LA BIOSFERA: LA ENERGÍA DE LA BIOMASA. La energía de la biomasa es la que está contenida en las moléculas orgánicas que componen la materia de los seres vivos. La biomasa es energía solar que los organismos productores almacenan en forma de enlaces químicos de alta energía gracias a la fotosíntesis, que se distribuye a todos los demás organismos mediante las relaciones alimentarias que se producen en las cadenas tróficas. 21

22 TIPOS DE BIOMASA UTILIZABLES. El ser humano obtiene la biomasa destinada a la producción de energía de tres formas fundamentales: de los ecosistemas, de los biocultivos y de los excedentes agrícolas y de residuos. Biomasa extraída de ecosistemas: Una buena parte de la biomasa que se aprovecha en el mundo se extrae de ecosistemas naturales y procede de la tala de ciertas especies vegetales para la obtención de leña. Biomasa procedente de biocultivos: En muchos países se ha planteado el desarrollo de cultivos agrícolas o forestales que tengan la finalidad de proporcionar específicamente productos energéticos. Las especies más utilizadas suelen tener ciertas características: un alto contenido energético (eucalipto, remolacha, ciertos cereales, etc.), un crecimiento rápido (por ejemplo, algunas plantas acuáticas) o la facultad de crecer en climas y suelos que no sirven para cultivos más exigentes (por ejemplo, las chumberas). Biomasa excedentaria y residual: En muchos casos, los excedentes de cultivos agrícolas no destinados a la obtención de energía pueden ser usados para obtener energía. Es lo que ocurre, por ejemplo, con cultivos como los cardos, los girasoles o el lino, parte de los cuales se destina a la producción de alimentos o productos industriales y parte a la obtención de biocombustibles. En cuanto a los residuos, se pueden utilizar para la obtención de energía todos aquellos que tengan naturaleza orgánica y no se destinen a otros usos. Los más empleados son los que resultan de actividades humanas diversas, como la limpieza y el cuidado de los bosques, las labores agrícolas, las industrias de la madera o la actividad ganadera (excrementos). En los últimos tiempos también se ha comenzado a utilizar la parte orgánica de los residuos sólidos urbanos y los lodos de las depuradoras de aguas residuales. MÉTODOS PARA OBTENER ENERGÍA DE LA BIOMASA. Para aprovechar la energía contenida en la biomasa, se emplea algún proceso que rompa sus enlaces químicos, de manera que la energía contenida en ellos se libere en forma de calor. Este puede aprovecharse de forma directa (para calentar viviendas o para cocinar) o transformarse en electricidad (mediante generadores de vapor, turbinas y generadores eléctricos). 22

23 El procedimiento más usado para llevar a cabo este aprovechamiento es la combustión, bien de la biomasa en bruto, bien de los productos (biocombustibles) obtenidos a partir de ella mediante distintos tratamientos. La Combustión de la Biomasa. La biomasa arde a ºC en presencia de oxígeno. Este proceso implica la transformación de la energía química en energía calorífica, que se puede utilizar de forma directa, o bien, distribuir y transformar por medio de distintos tipos de instalaciones. Por ejemplo: Plantas o instalaciones industriales, que emplean el calor en sus grandes sistemas de calefacción para producir vapor de agua, que después utilizan para mover motores o turbinas que activan generadores de energía eléctrica. Es el caso de las incineradoras que producen electricidad o suministran calefacción. Sistemas de calefacción y de agua caliente de domicilios particulares, comunidades de vecinos, etc. Estos sistemas utilizan calderas especialmente diseñadas para la combustión de biomasa o antiguas calderas de carbón adaptadas a la combustión de esta. Tratamientos para la producción de biocombustibles. Los tratamientos para la producción de biocombustibles son procesos que transforman la biomasa en otros productos derivados, con mayor capacidad calorífica y versatilidad. Estos productos se denominan genéricamente biocombustibles, y pueden ser sustancias sólidas, líquidas o gaseosas. Para producirlos se llevan a cabo distintos tratamientos, que pueden ser termoquímicos o bioquímicos. 23

24 Dentro de los tratamientos termoquímicos se diferencian: La gasificación. Es un tratamiento termoquímico que consiste en someter a la biomasa a un proceso de combustión incompleta por falta de oxígeno. De los procesos de gasificación se puede obtener combustibles líquidos y metanol, que se pueden utilizar como sustitutivos de los derivados del petróleo. También se pueden obtener productos denominados gas pobre o gasógeno, que se utiliza como combustible para motores diésel o para producir electricidad. La pirolisis o carbonización. Tratamiento termoquímico que consiste en transformar la biomasa por acción del calor y en ausencia de oxígeno. Se obtiene una mezcla de productos sólidos (carbón vegetal, alquitranes, etc.), líquidos (gasolinas) y gaseosos (gas de síntesis), algunos de los cuales son combustibles. Esta mezcla varía dependiendo del tipo de biomasa que se utilice en el proceso. Dentro de los tratamientos bioquímicos se diferencian: La digestión anaeróbica. Es un proceso bioquímico que somete a la biomasa a la acción de bacterias en un ambiente sin oxígeno. Se lleva a cabo en unos aparatos llamados digestores. Produce una mezcla de gases denominado biogás, que se puede utilizar como combustible en cocinas, calentadores, motores o generadores de energía eléctrica. La fermentación alcohólica. Este proceso permite obtener alcoholes, principalmente metanol y etanol, a partir de la biomasa y utilizando la acción de levaduras como las del género Saccharomyces. La esterificación o transesterificación. Este tratamiento se emplea para producir el biodiesel. En el proceso se utilizan aceites procedentes de plantas oleaginosas (como la colza, la soja o el girasol) o bien aceites de fritura usados y grasas animales. Este biocarburante es el de mayor implantación en Europa, con un porcentaje cercano al 80% del total de la producción. APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LA BIOMASA. Ventajas: La biomasa es una energía renovable y un combustible biodegradable. Tiene un escaso impacto ambiental. Representa un beneficio ecológico y económico para muchas comunidades rurales, pues su uso conlleva un considerable ahorro de combustibles fósiles. Es un método muy útil para la eliminación de residuos. 24

25 Inconvenientes: El principal inconveniente está relacionado con la producción de sustancias contaminantes (CO2 y otras sustancias nocivas) tanto durante la quema de biomasa como durante la elaboración y la combustión de los biocombustibles. Tienen un bajo rendimiento energético (comparado con los combustibles fósiles). Elevado coste y la alta ocupación del territorio que suponen las instalaciones necesarias para la recolección, su preparación y su almacenamiento. 25