OIKOS: Agua y energía D.Guinea Consejo Superior de Investigaciones Científicas
La energía de los combustibles representa hoy para el hombr e: Alimentos Transporte Sanidad Construcción Vestido Tecnología 2008/09/01 D.Guinea 2
En demanda creciente 7 000 IEA World Energy 6 00 0 Outlook 2004 Reference 5 000 0 Scenario: Mtoe 4 000 3 000 Fossil fuels account for 2 000 almost 90% of the ~60% growth in 1 000 energy demand 0 between now 1970 1980 1990 200 2 and 2030. Source: Fatih Birol (IEA) Oil Natural gas Other renewables Hydro power Coal Nuclear power 0 010 2020 2030 2008/09/01 D.Guinea 3
Ligada a un crecimiento inusitado de la población Combustibles fósiles La peste negra 2008/09/01 D.Guinea 4 D.Guinea CSIC 4
Con repercusión en el resto de los seres vivos Población mundial Especies Humanos año Especies remanentes 2008/09/01 D.Guinea 5
IEA World Energy Outlook 2004 Reference Scenario: Global emissions projected grow 62% between 2002 & 2030, and developing countries emissions overtaking OECD s in the 2020s. 20 000 16 000 12 000 8 000 4 000 0 E incluso en la atmósfera terrestre World Energy-Related CO 2 Emissions Mt of CO2 2 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2008/09/01 OECD Transition economies Developing countries D.Guinea Source: Fatih Birol (IEA) 6
Las fuentes cambian y se agotan incluyendo el combustible nuclear Leña Carbón Contribución por combustible al Consumo global de energía en % Petróleo Nuclear Gas natural Hidrógeno solar? 2008/09/01 D.Guinea 7 Año D.Guinea CSIC 7
Combustibles: un relámpago de energía en la evolución humana Energía COMBUSTIBLES FÓSILES. LEÑA ANIMALES ESCLAVOS Renovables, fusión nuclear geotérmica o LEÑA ANIMALES ESCLAVOS A. de C. año D. de C. 2008/09/01 D.Guinea 8
P o b la c ió n e n m ile s d e m illo n e s 6 5 4 3 2 1 0 Con un incierto futuro Primer pozo? de petróleo 0 500 1000 1500 2000 2500 Anno Domini 2008/09/01 D.Guinea 9
Existen soluciones?
El primer principio! No hay más cera que la que arde
Necesidad o despilfarro? Fuente de energía Transporte transformación Destino 16% al usuario Sociedad desarrollada 41% perdidas inevitables Fósiles Nuclear Hidráulica. eolica, solar 2008_03_04 Biomasa No renovables Renovables Irrecuperable D.Guinea Recuperable CSIC 2008/09/01 D.Guinea Energía utilizable Prod. petroquímicos 43% perdidas evitables Miller 2006 12
energía permanente.exe 2008/09/01 D.Guinea 13
Procedencia de la energía 2008_03_04 D.Guinea CSIC 14
Recursos de energía sostenible * 10 12 W
La energía del Sol sobre la Tierra 2008_03_04 D.Guinea CSIC 16
El sol: motor de la actividad en el planeta 2008_03_04 D.Guinea CSIC 17
Cuanto recibimos? Irradiación solar en Iberia 2008_03_04 D.Guinea CSIC 18
Necesidades de energía residencial Consumo medio en una vivienda en España: entorno a 100 kwh /m 2 año (IDAE) Luego el sol nos proporciona 16 veces más de lo que necesitamos por m 2 y año Con una tecnología adecuada de captura, transformación y almacenamiento la radiación recibida en la cubierta de nuestra vivienda podría satisfacer nuestro consumo residencial, de transporte y
El segundo principio! Acompañar a la energía en su descenso
Lo natural es la homogeneidad Lo muy caliente se enfría Lo muy frío se calienta Del calor del verano y el frío del invierno al fresco de la cueva El camino inverso es duro e ineficiente 1000kWh de energía solar producen: 900kWh al calentar el agua del océano 600kW en un colector térmico de baja Temp. 150kWh de electricidad fotovoltaica 100kWh fundiendo hielo 0,01kWh de agua hirviendo por calor de leña 0,005 kwh de biocombustible 0,001 kwh de energía fósil (carbón, petróleo, gas) 21
Eficiencia en la captura
Aprovechar la energía posible Del despilfarro a la frugalidad La calidad adecuada para cada uso Generar donde se necesita Almacenar en lo que se dispone Evitar las transformaciones innecesarias
Buscar en la abundancia Calor del verano Frío del invierno Electricidad de la luz Guardando la energía En la tierra: geotérmia En el agua: hidrógeno
Algunas soluciones La temperatura del subsuelo: barrera térmica La bomba de calor geotérmica Captura directa en cubierta. Almacenamiento selectivo en la tierra Hidrógeno fotovoltaico
Temperatura en el campus del CSIC en Arganda refrigeración Temperatura interior 22ºC Banda de confort 20-24ºC calefacción Temperatura media 16ºC Temperatura en el subsuelo D.Guinea CSIC 26
La inercia del subsuelo Temperatura interior 22ºC Banda de confort 20-24ºC T. de barrera de la envolvente entre Temperatura media 16ºC capas aislantes Temperatura en el subsuelo D.Guinea CSIC 27
Si la T. media es de unos 16ºC y la banda de confort de 22+-2ºC -> Hay un enfriamiento progresivo del subsuelo que hemos de compensar
Evitar pérdidas con el calor de la tierra. Barrera térmica en invierno Mortero Interior 20-22 ºC Con barrera 16ºC Sin barrera Patente ISOMAX (LU) Exterior 4ºC Poliestireno
Refrigerar con una barrera térmica en verano Sin barrera Mortero Exterior 40ºC Interior 20-22 ºC Con barrera 26ºC Poliestireno
Eficiencia de una bomba de calor según el salto térmico Coeficiente de operación de una bomba de calor en una casa a 22ºC 160 C. Operación 140 120 100 80 60 Bomba de calor (depende de la T de la fuente) Rendimiento del sistema radiador eléctrico -----> 1 bomba aire a -4ºC -----> 10 bomba terreno 16ºC --> 40 Eficiencia 40 20 0-10 0 10 20 30 40 50 Calefactor eléctrico cte.1 D.Guinea T (ºC) CSIC 31
OIKOS La casa posible EXPO 2008 Vivienda de consumo cero Cerramiento independiente de la estructura. Elementos ligeros Envolvente con piel cuádruple con tres isotermas de temperatura controlada: Intercambiador exterior Intermedia para recuperación y control Interior como muro, techo o suelo radiante Transporte mixto aire-agua Estabilización por M. de cambio de fase
El consumo térmico Queda resuelto el 70% de las necesidades de energía en la vivienda? Los principios son sencillos Los modelos parecen confirmarlo Existen numerosos ejemplos en otros países Es una tecnología barata, abierta y mejorable
Diagrama de flujo térmico Diagrama de flujo térmico
Y el restante 30% de energía Sol en la cubierta 1700 kw h/m 2 año Electricidad fotovoltaica 16% Electrolizador 80% Acumulación de hidrógeno 90% Pila de combustible 60% Consumo eléctrico 30 kw h/m 2 año Cuanto nos sobra? Para el transporte y la industria?
Paneles fotovoltaicos Hacia la autosuficiencia a coste razonable Electrolizador Pila de combustible Compresor Conexión a la red Inversor Tanques de hidrógeno 2008_03_04 D.Guinea CSIC 36
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Conclusiones La crisis ha llegado para instalarse pero Hay energía suficiente Con tecnología disponible Para todos los seres humanos A un coste razonable Sin pérdida de la calidad de vida 2008/09/01 D.Guinea 39
El futuro reside en la adecuada gestión de los recursos disponibles Gracias por su atención domingo@iai.csic.es Les invito a visitar el prototipo residencial en el Instituto de Automática Industrial del CSIC en Arganda y en la plaza OIKOS: agua y energía de la EXPO2008 en Zaragoza La energía solar capturada en menos del 0,1% de la superficie! Es suficiente 2008_03_04 D.Guinea CSIC 40