Energías renovables by Frank Pamo Baca

ENERGÍAS RENOVABLES

Louisa Ossorio Ediciones 7

Primera edicíon: Junio de 2013 Dirección editorial: Louisa ossorio Colección dirigida por: Frans Pamo Baca ©Fotografía: Frans Pamo Baca Google.com/pag 40 y 64 © Frans Pamo Baca ©louisa ossorio § Ediciones ISBN: 13-963-2762-4424 Depósito legal: S-562013 Preimpresión: Impreso en Colombia/Printed in Colombia

Contenido

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Prólogo Energías renovables No renovables o contaminantes

olar

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iomasa

rina

termica

Energías

Hidrau

Me gustaría que esta hoja pudiera contener toda la Gratitud que tengo hacia las personas que con su energía ayudador a que este libro fuera lo mas coherente, comprensible y agraciado Gráficamente. En especial a Louisa Ossorio la profesora de Diseño Editorial, por la orientación, seguimiento y la supervisión continua, pero sobre todo por la motivación y el apoyo estos últimos meses.

Para todos aquellas personas que se preocupan por el futuro de nuestro medio ambiente y para los que no. Podríamos obtener toda la energía necesaria de fuentes renovables, sin la necesidad de contaminar la tierra y ademas ahorrar mucho dinero ya que todas las fuentes de energías provienen de fuentes virtualmente inagotables como lo son los rayos solares, el viento, desperdicios agrícolas entre otras. Espero este informe inspire a personas, gobiernos y empresas para llegar a enfrentarnos a este desafío y, al mismo tiempo, hacer de las energías limpias una costumbre solidaria con la naturaleza que, aun nos deja respirar.

Prólogo Vivimos en el seno de una sociedad que se basa en el desarrollo industrial para producir bienes y servicios que permiten su sostenimiento. Este modelo de sociedad, denominada sociedad industrial, y el de otra aún más avanzada, a la que se le da el nombre de sociedad postindustrial, precisan consumir cantidades monstruosas de materias primas y de energía para su funcionamiento. Ambos tipos de consumo se relacionan entre sí, ya que sin consumir energía no sería posible elaborar las máquinas y dispositivos que permiten el funcionamiento físico del cuerpo social y, a su vez, el funcionamiento de estas máquinas y dispositivos contribuye al gasto energético. La cantidad de energía que una sociedad consume y la eficiencia con la que la transforma y la utiliza constituyen hoy en día criterios que permiten diagnosticar su grado de desarrollo. Se han establecido correlaciones entre consumo energético y nivel de vida. Así, se puede afirmar que, en general, el incre13

mento en el nivel de desarrollo de una nación está asociado a un mayor consumo energético y a una mayor capacidad en el uso y transformación de la energía de forma eficiente. Existe un consumo de energía básico, que atiende a las necesidades de alimentación de los seres humanos. Se calcula que un hombre adulto que realiza una actividad moderada precisa de un aporte energético de alrededor de 2600 kcal por día. El hombre moderno, sin embargo, ha rebasado con mucho las fronteras del consumo básico de energía, de modo que actualmente el consumo de energía medio por habitante y año alcanza la cifra de 18 500 kWh, cifra diecisiete veces mayor que la energía estrictamente necesaria para su mera supervivencia. Históricamente, las necesidades energéticas del ser humano fueron aumentando a medida que evolucionaba de hombre primitivo a recolector, cazador, agricultor y al hombre moderno de la sociedad industrial, hasta hacerse máximas en la denominada era tecnológica. Las demandas energéticas de la sociedad actual se justifican por la necesidad de mantener en funcionamiento diversos sectores que permiten su supervivencia. Sectores como el de transporte, el doméstico, el comercial, el institucional, el industrial, el agrícola y el de construcción, contribuyen de forma decisiva a incrementar el gasto de energía, generando con ello problemas de enorme trascendencia para la subsistencia de la vida humana sobre la Tierra. El consumo energético (en energía primaria) global por año se estima que alcanza una cifra de alrededor de 400 EJ por año (EJ = exajulio = 1018 julios = 1 trillón de julios), equivalentes a unas 10 000 megatoneladas 14

de petróleo, frente a los 21 EJ en que se estima el consumo de energía en el año 1900. El 33% de esta energía se genera a partir de la combustión de petróleo, el 22,8% a partir de carbón, el 18,8% a partir de gas natural, el 13,8% a partir de biomasa, el 5,9% a partir de centrales hidroeléctricas y el 5,6% a partir de centrales nucleares. Este elevado ritmo de consumo energético conlleva problemas de sostenibilidad, medioambientales, sociales y políticos. Los problemas de sostenibilidad se refieren a la relación existente entre el ritmo de consumo energético en el momento actual y las reservas aún existentes de combustibles fósiles, que constituyen las fuentes de las que proviene la mayor parte de la energía consumida. Los problemas medioambientales provienen de la emisión de diversos gases producto de la combustión de los combustibles fósiles, como el CO2 , gas que tiene la capacidad de captar la radiación infrarroja y que contribuye al efecto invernadero. Este efecto es un proceso necesario para la vida en la biosfera, pues se calcula que si en la atmósfera no existieran moléculas de gases invernadero, la temperatura media de la biosfera sería de –15 ºC, en vez de los 15 ºC en que se estima la temperatura media en la era actual. Sin embargo, una concentración excesiva de estos gases puede contribuir a incrementar la temperatura en muy poco tiempo, con lo que se superaría la capacidad de muchas especies para adaptarse a un cambio tan rápido. También da lugar a un deshielo masivo que, según se calcula, puede producir un incremento del nivel medio de los mares de 0,5 metros, con el riesgo de que desaparezcan algunas regiones costeras en diversos países. Otros gases 15

producto de la combustión de petróleo o de carbón, como los óxidos de azufre o los de nitrógeno, son el origen de la lluvia ácida, que ha devastado amplias regiones vecinas a centrales térmicas. Los problemas sociales y políticos tienen que ver con el hecho de que los combustibles fósiles aparecen en yacimientos masivos en determinadas regiones de la Tierra, lo que da lugar a tensiones entre países productores y consumidores. Se han propuesto soluciones con el fin de superar la magnitud de este problema, o al menos de mitigarlo en parte. Entre ellas se encuentra el uso de las energías renovables. Se denominan energías renovables a aquellas cuyo flujo es repuesto, a partir de fuentes naturales, al mismo ritmo con que se consumen. La característica de estas fuentes es que están dispersas por todo el planeta (todas las regiones reciben luz solar con mayor o menor intensidad e intermitencia o están sometidas a diversos regímenes de vientos, por ejemplo). La fuente de energía más importante es la luz solar. Podría afirmarse que los combustibles fósiles son “energía solar fosilizada”, almacenada en los enlaces de compuestos de carbono que son el producto de lentos procesos de transformación que tienen lugar a lo largo de eras geológicas. La Tierra intercepta energía solar a un ritmo que equivale a 178 000 TW (teravatios), que equivalen a unas 13 000 veces los 13 TW que corresponden al ritmo de consumo de energía en el momento actual. De esta cantidad, un 30% se pierde por reflexión, mientras que un 50% es absorbido y da lugar a diferentes procesos: ciclos de evaporación de agua; ciclo hidrológico que produce la acumulación de depósitos de agua a 16

diversas alturas, que representa energía potencial que se puede convertir con eficiencias elevadas en energía eléctrica; calentamientos diferenciales de distintas regiones geográficas que son el origen de los vientos; interacción de los vientos con la superficie de los mares, lo que genera los oleajes, que constituyen también depósitos de energía potencial y cinética. La radiación solar es almacenada por las plantas, por medio de la fotosíntesis, dando lugar a la formación de proteínas, carbohidratos y grasas, es decir, a alimentos y combustibles. Esta radiación solar se puede convertir directamente en electricidad mediante dispositivos fotovoltaicos, o se puede utilizar para calentar agua para calefacción y usos domésticos. Otra fuente de energía es la mareomotriz, que surge de una conjugación entre las interacciones gravitacionales de la Tierra y la Luna y la fuerza centrífuga asociada al movimiento de rotación de aquella. Por último, los seres humanos han venido utilizando desde hace milenios las fuentes geotérmicas, allí donde estaban a su alcance, para calentarse o para cocinar. Hoy en día se pueden utilizar rocas graníticas con calor acumulado procedente del interior de la Tierra para producir electricidad. En este libro, que es el resultado de diez años de actividad docente, se trata de hacer un estudio introductorio de las diversas formas de energía renovable.

Clasificación

uentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: no contaminantes o limpias y contaminantes. Entre las primeras: La llegada de masas de agua dulce a masas de agua salada: energía azul. El viento: energía eólica. El calor de la Tierra: energía geotérmica. Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica. Los mares y océanos: energía mareomotriz. El Sol: energía solar. Las olas: energía undimotriz.

Las contaminantes se obtienen a partir de la materia orgánica o biomasa, y se pueden utilizar directamente como combustible (madera u otra materia vegetal sólida), bien convertida en bioetanol o biogás mediante procesos de fermentación orgánica o en biodiésel, mediante reacciones de transeste19

rificación y de los residuos urbanos. Las energías de fuentes renovables contaminantes tienen el mismo problema que la energía producida por combustibles fósiles: en la combustión emiten dióxido de carbono, gas de efecto invernadero, y a menudo son aún más contaminantes puesto que la combustión no es tan limpia, emitiendo hollines y otras partículas sólidas. Se encuadran dentro de las energías renovables porque mientras puedan cultivarse los vegetales que las producen, no se agotarán. También se consideran más limpias que sus equivalentes fósiles, porque teóricamente el dióxido de carbono emitido en la combustión ha sido previamente absorbido al transformarse en materia orgánica mediante fotosíntesis. En realidad no es equivalente la cantidad absorbida previamente con la emitida en la combustión, porque en los procesos de siembra, recolección, tratamiento y transformación, también se consume energía, con sus correspondientes emisiones. Además, se puede atrapar gran parte de las emisiones de CO2 para alimentar cultivos de micro-algas/ciertas bacterias y levaduras (potencial fuente de fertilizantes y piensos, sal (en el caso de las micro-algas de agua salobre o salada) y biodiésel/etanol respectivamente, y medio para la eliminación de hidrocarburos y dioxinas en el caso de las bacterias y levaduras (proteínas petrolíferas) y el problema de las partículas se resuelve con la gasificación y la combustión completa (combustión a muy altas temperaturas, en una atmósfera muy rica en O2) en combinación con medios descontaminantes de las emisiones como los filtros y precipitadores de partículas (como el precipitador Cottrel), o como las superficies de carbón activado. 20

No renovables

Energías no renovables son aquellas fuentes de energía que tienen un carácter limitado en el tiempo y cuyo consumo implica su desaparición en la naturaleza sin posibilidad de renovación. Suponen en torno al 80 % de la energía mundial y sobre las mismas se ha construido el inseguro modelo energético actual. Sus características principales son: ›Generan emisiones y residuos que degradan el medio ambiente. ›Son limitadas. ›Provocan Dependencia exterior encontrándose exclusivamente en determinadas zonas del planeta. ›Crean menos puestos de trabajo en relación al volumen de negocio que generan.

Conseguir su control provoca conflictos por su interés estartegico militar... No renovables pueden ser agrupadas en dos grandes grupos, combustibles fósiles y combustibles nucleares. Combustibles Fósiles › Recursos generados en el 21

pasado a través de procesos geobiológicos y como consecuencia limitados. Representan el 75% de las energías de carácter no renovable y son los siguientes: Carbón $ Fuente energética característica del periodo industrialista inicial sustituida durante el siglo XX por otras fuentes no renovables, principalmente el petróleo. Tiene un factor de emisión de CO2 muy elevado y las partículas emitidas en suspensión son causa, entre otras cosas, de la denominada lluvia ácida. Todavía es utilizada en determinados tipos de industrias y como fuente de alimentación de calefacción, aunque es la fuente no renovable menos utilizada en España y en la UE, con una clara tendencia a su sustitución por otras alternativas más prácticas y menos contaminantes. Petróleo $ Fuente energética por excelencia a lo largo de todo el siglo XX siendo actualmente la fuente primaria a nivel mundial. El agotamiento de sus reservas se encuentra cercano y la variación en sus precios y el acaparamiento por parte de los países productores del mismo genera tensiones a nivel mundial que están afectando considerablemente a la economía del planeta. Son notorios también sus aspectos contaminantes en los procesos de producción, transporte y consumo. Gas Natural $ Sus dificultades para poder ser almacenado y transportado hicieron que no se considerase en un principio, aunque la necesidad de investigar energías alternativas a las existentes hicieron posible su utilización mediante redes de gas natural, actualmente distribuidas en todo el mundo, y medios de transporte marítimo adecuados para tal fin. 22

Energía Nuclear $ Producida en las centrales nucleares a partir del Uranio, mineral radiactivo limitado y escaso, es la fuente no renovable que genera un mayor rechazo social a pesar de que su consumo es uno de los menos representativos, sólo un 5% de las fuentes no renovables. La energía eléctrica se obtiene mediante fisión nuclear cuya mayor problemática se plantea en relación a la generación y gestión de los residuos radiactivos y a la dificultad social de localización de las centrales nucleares por su elevado riesgo.

A continuación enumeramos algunos de los efectos negativos más relevantes: La lluvia ácida › con contenido de ácido sulfúrico que puede afectar irreversiblemente a los ecosistemas. Efecto invernadero › con del calentamiento del planeta y consecuencia del cambio climático. Vertidos contaminantes › en zonas de producción, principalmente producidos por los combustibles fósiles. Residuos radiactivos peligrosos › generados en el proceso de fisión nuclear. Accidentes y escapes › tanto en la producción como en el transporte. Las alteraciones que producen este tipo de energías en el entorno son en general irreversibles y con consecuencias nefastas tanto a nivel local como global.

Solar

Parque Nacional Tayrona Santa marta ยง Colombia.

Energía

Desde que en 1957 la por entonces Unión Soviética lanzase el Sputnik I hemos tenido la oportunidad de contemplar en miles de ocasiones la Tierra desde el espacio. Pese a que las imágenes que llegan por satélite nos dan la sensación de que nuestro planeta es un globo autónomo de luz y color que flota en un espacio oscuro, nada más lejos de la realidad. Lo cierto es que no es posible entender la vida en nuestro planeta sin la influencia del exterior. La Tierra es sólo un mundo pequeño en la órbita de una estrella que, aunque es de lo más corriente en la inmensidad del universo, resulta fundamental para nuestra existencia. Y es que casi toda la energía de que disponemos proviene del Sol. Él es la causa de las corrientes de aire, de la evaporación de las aguas superficiales, de la formación de nubes, de las lluvias y, por consiguiente, el origen de otras formas de energía renovable, como el viento, las olas o la biomasa. Su calor y su luz son la base 25

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de numerosas reacciones químicas indispensables para el desarrollo de las plantas, de los animales y, en definitiva, para que pueda haber vida sobre la Tierra. El Sol es, por tanto, la principal fuente de energía para todos los procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Localizado a una distancia media de 150 millones de kilómetros, tiene un radio de 109 veces el de la Tierra y está formado por gas a muy alta temperatura. En su núcleo se producen continuamente reacciones atómicas de fusión nuclear que convierten el hidrógeno en helio. Este proceso libera gran cantidad de energía que sale hasta la superficie visible del Sol (fotosfera), y escapa en forma de rayos solares al espacio exterior. Se calcula que en el interior del Sol se queman cada segundo unos 700 millones de toneladas de hidrógeno, de las que 4,3 millones se transforman en energía. Una parte importante de esta energía se emite a través de los rayos solares al resto de planetas, lunas, asteroides y cometas que componen nuestro sistema solar. Más concretamente, hasta la Tierra llega una cantidad de energía solar equivalente a 1,7x1014 kW, lo que representa la potencia correspondiente a 170 millones de reactores nucleares de 1.000 MW de potencia eléctrica unitaria, o lo que es lo mismo, 10.000 veces el consumo energético mundial. Si tenemos en cuenta que las previsiones actuales apuntan a que, en los próximos 6.000 millones de años, el Sol tan solo consumirá el diez por ciento del hidrógeno que contiene en su interior, podemos asegurar que disponemos de una fuente de energía gratuita, asequible a todos (cualquier país puede disponer de ella) y respetuosa con el medio 26

ambiente, por un periodo de tiempo prácticamente ilimitado. Cualquier persona que quiera aprovechar la energía solar debe ser capaz, en primer lugar, de responder a la pregunta de qué cantidad de energía llegará al lugar donde prevé realizar la captación; o sea, qué radiación solar recibirá por unidad de superficie. Para ello, habrá que empezar por saber qué es y cómo se comporta la radiación solar, así como cuánta energía es posible captar en función de la región del mundo en la que nos encontremos. Como punto de partida debemos tener en cuenta que la luz es una de las formas que adopta la energía para trasladarse de un lugar a otro. En el caso del Sol, los rayos solares se propagan a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas de energía. Este fenómeno físico, más conocido como radiación solar, es el responsable de que nuestro planeta reciba un aporte energético continuo de aproximadamente 1.367 W/m2. Un valor que recibe el nombre de constante solar y que, al cabo de un año, equivaldría a 20 veces la energía almacenada en todas las reservas de combustibles fósiles del mundo (petróleo, carbón…). Sin embargo, no toda la radiación que llega hasta la Tierra sobrepasa las capas altas de la atmósfera. Debido a los procesos que sufren los rayos solares cuando entran en contacto con los diferentes gases que componen la atmósfera, una tercera parte de la energía solar interceptada por la Tierra vuelve al espacio exterior, mientras que las dos terceras partes restantes penetran hasta la superficie terrestre. Este hecho se debe a que las proporciones de vapor de agua, metano, ozono y dióxido de carbono (CO2) actúan como una barrera protectora. Una capa de protección que, entre otras cosas, permite que no se produzcan cam27

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bios de temperatura demasiado extremos en la superficie terrestre, así como que exista agua líquida desde hace miles de millones de años. A la pérdida de aporte energético que se produce en las capas superiores de la atmósfera hay que añadir otras variables que influyen en la cantidad de radiación solar que llega hasta un punto determinado del planeta. Como es de imaginar, no todas las superficies reciben la misma cantidad de energía. Así, mientras los polos son los que menor radiación reciben, los trópicos son los que están expuestos a una mayor radiación de los rayos solares. Esto tiene su explicación en el grado de inclinación de nuestro planeta con respecto al Sol (23,5°). La intensidad de radiación no será igual cuando los rayos solares estén perpendiculares a la superficie irradiada que cuando el ángulo de incidencia sea más oblicuo, tal y como ocurre en los polos. La declinación del Sol, pues, es la razón de que los mayores valores de radiación no se produzcan en el ecuador sino en latitudes por encima y por debajo de los trópicos de Cáncer y Capricornio. En estas zonas es donde los rayos solares son más perpendiculares y atraviesan una capa atmosférica más fina hasta llegar a su destino. La energía solar térmica en el mundo La contribución de la solar térmica al consumo energético mundial sigue siendo muy escasa todavía, pese a que empiezan a percibirse ciertos síntomas de cambio que permiten ser más optimistas de cara al futuro. Al creciente interés de los ciudadanos por este tipo de soluciones hay que sumar las ayudas e incentivos que se han puesto en marcha en muchos países del mundo y la reducción de precios de los captadores solares 28

en algunos mercados especialmente activos como China o Japón. Una situación que pone de manifiesto que estamos ante una tecnología madura que ha experimentado un significativo avance durante los últimos años. En la actualidad la capacidad de energía solar instalada en el mundo supera a la de otras renovables con altos índices de desarrollo, como es el caso de la energía eólica. Con una potencia instalada de 98,4 GW térmicos a finales de 2004 (Datos del Solar Heat Worldwide 2004, considerando 41 países que representan el 57% de la población mundial y el 85-90% del mercado mundial de solar térmica), la solar térmica ha alcanzado unos niveles de popularidad impensables hace tan solo unos años. Y no exclusivamente por lo que a la producción de agua caliente se refiere, sino también en cuanto a la calefacción de viviendas. Al día de hoy la mayor parte de los captadores solares instalados en el mundo tienen como finalidad la producción de agua caliente para uso doméstico. A esta aplicación se destinan los esfuerzos de la mayoría de los mercados nacionales importantes, aunque el tipo y el tamaño de las instalaciones, así como el porcentaje total de la demanda que cubre, varía en función de la zona del mundo a la que hagamos referencia. El aporte de energía solar en sistemas de calefacción es el segundo en importancia; una aplicación que resulta especialmente interesante en países fríos y que se utiliza cada vez con mayor frecuencia tanto para viviendas familiares como para todo tipo de instalaciones colectivas. Se trata de una opción cada vez más valorada en países como China, Australia, Nueva Zelanda o Europa, donde se entiende la edificación desde una perspectiva global 29

Solar

en la que la energía solar puede ofrecer soluciones integradas en muy diversos ámbitos, y la calefacción constituye siempre un potencial muy atractivo. Finalmente entre las aplicaciones de la energía solar térmica en el mundo cabe también destacar la climatización del agua para piscinas. Esta aplicación sigue teniendo gran importancia en países como Estados Unidos, Canadá, Australia y Austria, aunque en los últimos años ha perdido parte de su mercado, después de un periodo en el que se han registrado fuertes crecimientos. Por lo que respecta al reparto de la energía solar térmica por países, el mercado mundial continua bajo el dominio de China. Se calcula que aproximadamente el 40% de los captadores solares colocados en el mundo se encuentran en este país. Después de alcanzar una gran aceptación en pequeños municipios durante las décadas de los años 80 y 90, la energía solar térmica en la República Popular China ha penetrado con fuerza en ciudades de medio y gran tamaño como Shangai o Tianjin. Hoy, 10 millones de familias disponen de agua caliente gracias al Sol, lo que supone un ahorro de 6,3 millones de toneladas de carbón al año, que evita la emisión de más de 13 millones de toneladas de CO2. A China le siguen Japón, Turquía, Alemania e Israel con altos índices de crecimiento en los últimos años. Entre ellos, llama especialmente la atención el desarrollo de la energía solar en Israel, donde alrededor del 85% de las viviendas están equipadas con captadores solares térmicos, como resultado de una ley de hace 20 años que requiere que todos los edificios de menos de 20 metros de altura deban estar dotados de sis30

temas solares térmicos en los tejados. Más espectacular si cabe resulta el caso de Chipre. El país que recientemente se ha incorporado a la Unión Europea es el que más cantidad de energía solar térmica aporta por habitante en el mundo, con 431 kWth (kW térmico) por cada 1.000 habitantes. En este país más del 90% de los edificios construidos están equipados con captadores solares térmicos, lo que representa más del doble de la capacidad instalada por habitante en otros países europeos con gran tradición solar, como Grecia o Austria. Rentabilidad› La energía proviene del Sol; por lo tanto, lo que supone un desembolso extraordinario es la adquisición y montaje de la instalación para la producción de agua caliente sanitaria en una vivienda, hotel… No obstante, esta inversión se compensará con creces en pocos años, al sustituir una energía convencional por otra mucho más económica. Desde el mismo momento en que pongamos en marcha nuestra instalación solar, la factura del gas o la electricidad destinada a la producción de agua caliente sanitaria bajará. Esto se traduce en ahorros medios de entre unos 70 y el 100 % de dinero al año en una economía familiar, en función del combustible que se sustituya. Otra de las ventajas de la energía solar es que esta tecnología nos ayudará a disminuir nuestra dependencia energética del exterior que, al fin y al cabo, es un buen método de garantizar el suministro de energía con total autonomía. Además, hay que tener en cuenta que esta fuente de energía no está sujeta a fluctuaciones de mercado y que los precios no oscilan en relación al coste de la vida, o cualquier otra circunstancia.

Biomasa

Energía

La energía que se puede obtener de la biomasa proviene de la luz solar, la cual gracias al proceso de fotosíntesis, es aprovechada por las plantas verdes mediante reacciones químicas en las células, las que toman CO2 del aire y lo transforman en sustancias orgánicas, según una reacción del tipo: CO2 + H20 (H-COH) + 02. En estos procesos de conversión la energía solar se transforma en energía química que se acumula en diferentes compuestos orgánicos (polisacáridos, grasas) y que es incorporada y transformada por el reino animal, incluyendo al ser humano, el cual invierte la transformación para obtener bienes de consumo. La biomasa ha sido el primer combustible empleado por el hombre y el principal hasta la revolución industrial. Se utilizaba para cocinar, para calentar el hogar, para hacer cerámica y, posteriormente, para producir metales y para alimentar las máquinas de vapor. Fueron precisamente estos nuevos usos, que progresivamente requerían mayor cantidad de energía en un espacio cada vez más re33

Biomasa

ducido, los que promocionaron el uso del carbón como combustible sustitutivo, a mediados del siglo XVIII. Desde ese momento se empezaron a utilizar otras fuentes energéticas más intensivas (con un mayor poder calórico) y el uso de la biomasa fue bajando hasta mínimos históricos que coincidieron con el uso masivo de los derivados del petróleo y con unos precios bajos de estos productos. A pesar de ello, la biomasa aún continúa jugando un papel destacado como fuente energética en diferentes aplicaciones industriales y domésticas. Por otro lado, el carácter renovable y no contaminante que tiene y el papel que puede jugar en el momento de generar empleo y activar la economía de algunas zonas rurales, hacen que la biomasa sea considerada una clara opción de futuro. Desde el punto de vista del aprovechamiento energético, la biomasa se caracteriza por tener un bajo contenido de carbono, un elevado contenido de oxígeno y compuestos volátiles. Estos compuestos volátiles (formados por cadenas largas del tipo CnHm, y presencia de CO2, CO e H2) son los que concentran una gran parte del poder calorífico de la biomasa. El poder calorífico de la biomasa depende mucho del tipo de biomasa considerada y de su humedad. Así normalmente estos valores de poder calorífico de la biomasa se pueden dar en base seca o en base húmeda. Cabe destacar que, desde el punto de vista ambiental, el aprovechamiento energético de la biomasa no contribuye al aumento de los gases de efecto invernadero, dado que el balance de emisiones de CO2 a la atmósfera es neutro. En efecto, el CO2 generado en la combustión de la biomasa es reabsor34

Vegetal o animal

HÚMEDAD Obtenido con mayor húmeda del 60%

SECA Obtenido con humedad menor del 60%

Procesos

Físicos

Bioquímicos

Presión

Fermentación

Aceites Vegetales

Aeróbica Anaeróbica

Biomasa húmeda Se denomina así cuando el porcentaje de humedad supera el 60%, como por ejemplo en los restantes vegetales, residuos animales, vegetación acuática, etc. Resulta especialmente adecuada para su tratamiento mediante procesos químicos, o en algunos casos particulares, mediante simples procesos físicos, obteniéndose combustibles líquidos y gaseosos. Hay que aclarar que esta clasificación es totalmente arbitraria, pero ayuda a visualizar mejor la siguiente caracterización de los procesos de conversión.

Termoquímicos Combustión Pirólisis Gasificación Liquefacción Biomasa seca Aquella que puede obtenerse en forma natural con una relación de humedad menor al 60%, como la leña, paja, etc. Este tipo se presta mejor a ser utilizada energéticamente mediante procesos termoquímicos o fisicoquímicos, que producen directamente energía térmica o productos secundarios en la forma de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos.

Biomasa

bido mediante la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas necesarias para su producción y, por lo tanto, no aumenta la cantidad de C02 presente en la atmósfera. Procesos termoquímicos de conversión comprenden básicamente la combustión, gasificación y pirólisis, encontrándose aún en etapa de desarrollo la liquefacción directa

ombustión › Es el más sencillo y más ampliamente utilizado, tanto en el pasado como en el presente. Permite obtener energía térmica, ya sea para usos domésticos (cocción, calefacción) o industriales (calor de proceso, vapor mediante una caldera, energía mecánica utilizando el vapor de una máquina). Las tecnologías utilizadas para la combustión directa de la biomasa abarcan un amplio espectro que va desde el sencillo fogón a fuego abierto (aún utilizado en vastas zonas para la cocción de alimentos) hasta calderas de alto rendimiento utilizadas en la industria. asificación › Consiste en la quema de biomasa (fundamentalmente residuos foresto industriales) en presencia de oxígeno, en forma controlada, de manera de producir un gas combustible denominado gas pobre por su bajo contenido calórico en relación, por ejemplo, al gas natural (del orden de la

G 36

cuarta parte). La gasificación se realiza en un recipiente cerrado, conocido por gasógeno, en el cual se introduce el combustible y una cantidad de aire menor a la que se requeriría para su combustión completa. El gas pobre obtenido puede quemarse luego para obtener energía térmica, en una caldera para producir vapor, o bien ser enfriado y acondicionado para su uso en un motor de combustión interna que produzca, a su vez, energía mecánica. irólisis › Es un proceso similar a la gasificación (a la cual en realidad incluye) por el cual se realiza una oxigenación parcial y controlada de la biomasa, para obtener como producto una combinación variable de combustibles sólidos (carbón vegetal), líquidos (afluentes piroleñosos) y gaseosos (gas pobre). Generalmente, el producto principal de la pirólisis es el carbón vegetal, considerándose a los líquidos y gases como subproductos del proceso. La pirólisis con aprovechamiento pleno de subproductos tuvo su gran auge antes de la difusión masiva del petróleo, ya que constituía la única fuente de ciertas sustancias (ácido acético, metanol, etc.) que luego se produjeron por la vía petroquímica. Hoy en día, sólo la producción de carbón vegetal reviste importancia cuantitativa. El carbón vegetal como combustible sólido presenta la ventaja frente a la biomasa que le dio origen, de tener un poder calórico mayor o, lo que es lo mismo, un peso menor para igual cantidad de energía, lo que permite un transporte más fácil. No obstante, debe hacerse notar que la carbonización representa una pérdida muy importante de la energía presente en la materia prima, ya que en el proceso consume gran cantidad de ella.

Biomasa

a licuefacción › De gases es un proceso que incluye una serie de fases utilizada para convertir un gas en estado líquido. Los procesos se utilizan para fines científicos, industriales, comerciales, y para producir energía limpia. Muchos de los gases se pueden poner en estado líquido a presión atmosférica normal por refrigeración y otros como el dióxido de carbono, requieren presurización. La licuefacción de los gases es un proceso complicado que utiliza diferentes compresiones y expansiones para lograr altas presiones y temperaturas muy bajas, utilizando por ejemplo turboexpansores. Bioquímicos › Los procesos bioquímicos se basan en la degradación de la biomasa por la acción de microorganismos, y pueden dividirse en dos grandes grupos: los que se producen en ausencia de aire (anaeróbicos) y los que se producen en presencia de aire (aeróbicos). Anaeróbicos › La fermentación anaeróbica, para la que se utiliza generalmente residuos animales o vegetales de baja relación carbono / nitrógeno, se realiza en un recipiente cerrado llamado /digestor y da origen a la producción de un gas combustible denominado biogás. Adicionalmente, la biomasa degradada que queda como residuo del proceso de producción del biogás, constituye un excelente fertilizante para cultivos agrícolas. Las tecnologías disponibles para su producción son muy variadas pero todas ellas tienen como común denominador la simplicidad del diseño y el bajo costo de los materiales necesarios para su construcción. El biogás, constituido básicamente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), es un combustible que puede ser empleado de la misma forma que el gas natural.

También puede comprimirse para su uso en vehículos de transporte, debiéndose eliminar primera su contenido de CO2. Aeróbicos › La fermentación aeróbica de biomasa de alto contenido de azúcares o almidones, da origen a la formación de alcohol (etanol), que, además de los usos ampliamente conocidos en medicina y licorería, es un combustible líquido de características similares a los que se obtienen por medio de la refinación del petróleo. Las materias primas más comunes utilizadas para la producción de alcohol son la caña de azúcar, mandioca, sorgo dulce y maíz. El proceso incluye una etapa de trituración y molienda para obtener una pasta homogénea, una etapa de fermentación y una etapa de destilación y rectificación. Recursos agrícolas › También en este caso encontramos ambas categorías de biomasa para energía: residuos y cultivos energéticos. Residuos › Son aquellas partes de la planta cultivada con fines alimenticios y/o industriales que no son útiles para esos usos: paja de trigo, rastrojo de maíz, tallos de algodón, Cascara del arroz etc. Aún teniendo en cuenta que una parte de estos residuos debe ser incorporada al suelo para mantener sus condiciones de fertilidad y textura, otra porción importante de los mismos puede ser destinada a su utilización energética. Desde el punto de vista técnico, los residuos agrícolas, dependiendo de sus características propias, pueden ser convertidos en energía útil a través de procesos termoquímicos o bioquímicos: su grado de humedad y su contenido de lignina definirán en cada caso el proceso más conveniente. 39

Biomasa

ultivos energéticos › Se dice de aquellas áreas cultivadas con el objetivo especificó de producir materia energética, como puede ser una plantación de caña o remolacha azucarera para la obtención de alcohol combustible, o bien, una plantación de girasol para la obtención de aceite vegetal combustible. Aquí se presenta una competencia directa entre la producción de alimentos y de energía, dado que las tierras a utilizar en un cultivo energético deben ser de calidad análoga a las agrícolas. De todos modos, a nivel local puede existir una conveniencia en la implantación de este tipo de cultivos. El proceso a emplear para la producción de energía, depende fundamentalmente del cultivo de que se trate. Recursos pecuarios En este caso, y dejando de lado la energía provista por los animales de tiro (caballos, bueyes, etc.) que no es despreciable, encontramos solamente la categoría de residuos con fines energéticos, que están representados por los excrementos de los animales. La conveniencia de la utilización energética de los recursos pecuarios, se ve restringida a aquellos casos en los cuales los animales se crían en zonas limitadas (cría intensiva o feedloft) debido a las dificultades de recolección que se presentan en extensiones grandes. xcrementos › de animales son la mejor materia prima para la producción de biogás a través de la fermentación anaeróbica. Aunque estos residuos representan también un fertilizante natural del suelo, la utilización energética de los mismos no afecta el equilibrio ecológico, dado que el afluente que se obtiene como producto de la digestión conserva los nutrientes inalterados, permitiendo su reintegro al suelo y eliminando, en cambio, los elementos potencialmente contaminantes.

Residuos Agroindustriales También aquí se trata de residuos de los procesos de industrialización de productos agropecuarios que pueden ser empleados con fines energéticos. En muchos de los casos, la energía producida con su utilización, resultaría suficiente para abastecer todo el proceso de elaboración. Ejemplos característicos de este tipo de aprovechamiento son la fabricación de azúcar a partir de la caña, en cuyo caso el bagazo puede alimentar las calderas del ingenio, o el refinado de arroz, en el cual la cáscara puede quemarse para producir vapor y, mediante este, generar electricidad para los molinos y sistemas de transporte y selección. Otro tipo de residuos agroindustriales lo constituyen los afluentes líquidos de industrias como los ingenios (vinaza), frigoríficos, industrias lácteas (suero), etc. Este tipo de efluentes con alto contenido orgánico, puede ser utilizado para producir biogás mediante su digestión. esiduos urbanos › Las concentraciones urbanas proveen también de fuentes de biomasa para energía a través de sus residuos, tanto sólidos como líquidos. Los residuos sólidos urbanos poseen una gran proporción de materia orgánica la cual, separada del resto (aprovechable también en gran par te para el reciclado de vidrio, papel, metales, etc.), y convenientemente tratada, puede ser utilizada como combustible para calderas que produzcan vapor de proceso y / o energía eléctrica mediante máquinas de vapor. Los residuos cloacales, a su vez, pueden ser empleados para la generación de biogás por medio de su fermentación anaeróbica. En ambos casos se contribuye asimismo a solucionar graves problemas de contaminación y degradación ecológica.

Geotérmica

Energía

Hace unos 4.500 millones de años, la Tierra era una inmensa bola ardiente constituida esencialmente por gases y polvo. Cuando esa nebulosa se enfrió y se consolidó, hace unos 3.800 millones de años, se formó una corteza dura que atrapó en su interior una ingente cantidad de calor, que todavía perdura hoy en día haciendo del planeta una enorme caldera natural. El planeta Tierra no es un cuerpo inerte y frío perdido en el espacio y arrastrado pasivamente por la fuerza gravitacional del Sol. Desde el punto de vista energético constituye un sistema activo que recibe y comunica energía al medio que le rodea, y el calor es una parte de esa energía. Todos los procesos geodinámicos que suceden en la Tierra, desde los procesos más superficiales, hasta los volcanes, las intrusiones, los terremotos, la formación de cordilleras y el metamorfismo, son controlados por la transferencia y generación de calor en su interior.

Geotérmica 44

El calor es también el motor de la tectónica de placas, que involucra a la litosfera y a la astenosfera, y de otros procesos a mayor profundidad, como los movimientos de convección entre el manto y el núcleo externo Geotérmica es una palabra de origen griego, deriva de “geos” que quiere decir tierra, y de “thermos” que significa calor: el calor de la Tierra. Se emplea indistintamente para designar tanto a la ciencia que estudia los fenómenos térmicos internos del planeta como al conjunto de procesos industriales que intentan explotar ese calor para producir energía eléctrica y/o calor útil al ser humano. Desde el centro hasta la superficie, el globo terrestre está constituido por tres capas sucesivas de temperatura decreciente: El núcleo, sólido en su parte interna y líquido en su parte exterior. Su temperatura puede alcanzar los 4.200 ºC. El manto que lo envuelve, con temperaturas que van desde los 3.000 ºC a 1.000 ºC. De textura plástica hacia el centro, se vuelve sólido hacia la superficie. La corteza, que corresponde a la envoltura superficial. Su temperatura varía desde los 1.000 ºC en su contacto con el manto, hasta los 15-20 ºC de la superficie terrestre. Su espesor varía desde 5 a 20 km en las profundidades oceánicas, y desde 30 a 70 km bajo los continentes. Con la parte sólida del manto constituye la litosfera, fragmentada en varias placas litosféricas que se desplazan lentamente, unas con relación a otras, pudiendo dar lugar a importantes anomalías térmicas en sus bordes. Desarrollo sostenible: Dentro del grupo de las energías renovables, la energía geotérmica es muchas veces ignorada. Sin embargo, ya existía antes de que la expresión fuese inventada y mucho antes de que se

hablara de desarrollo sostenible, de gases de efecto invernadero o de lucha contra el cambio climático. A pesar de su antigüedad, o tal vez a causa de ella, no se beneficia de todo el interés que merece. El calor terrestre es una fuente de energía duradera para la producción de calor y de electricidad, que no depende de las condiciones climatológicas, de la estación anual, del momento del día ni del viento. La diversidad de temperaturas de los recursos geotérmicos permite un gran número de posibilidades de utilización. La energía geotérmica representa una respuesta local, ecológica y eficiente para reducir costes energéticos. A la escala del planeta, la energía geotérmica es el recurso energético más grande que existe. Aunque la Tierra se enfría, pues evacua más calor que el que produce, el ritmo de ese enfriamiento es de unos 130 ºC cada mil millones de años. A causa de la lentitud del mecanismo de difusión térmica, la Tierra está perdiendo hoy en superficie el calor que ella misma produjo en el pasado. El calor de la Tierra es ilimitado a la escala humana y estará disponible muchos años en sus yacimientos para las generaciones futuras, siempre que la explotación de los recursos geotérmicos se haga de forma racional. Todo lo contrario que las energías fósiles que se agotan a medida que se extraen. Por lo que respecta a la vida de las explotaciones, entre 20 y 40 años, hay que tener en cuenta que el calor está siempre contenido en la roca o en el terreno. Si el medio de extracción es agua subterránea, ésta se renueva de forma natural por recarga con aguas superficiales o por inyección artificial en el subsuelo. Si se emplean sondas geotérmicas con circulación de un fluido en circuito cerrado, el subsuelo se enfría algunos grados 45

Geotérmica 46

respecto a la temperatura inicial. Si la sonda geotérmica está correctamente dimensionada, el flujo de calor compensa parcialmente esa disminución de temperatura durante el periodo de reposo estival, o al invertir el sentido de funcionamiento y transportar calor desde la vivienda unifamiliar o edificio que se quiere refrigerar, hasta el subsuelo. Energía limpia: ninguna instalación que emplee energía geotérmica precisa quemar combustibles, por consiguiente, no contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero. Las instalaciones que emplean bombas de calor geotérmicas para calefacción, refrigeración y producción de agua caliente sanitaria sólo consumen energía eléctrica para el funcionamiento de los compresores eléctricos, de las bombas de circulación y de los ventiladores del interior del edificio. Las emisiones equivalentes de gases son únicamente las correspondientes a la producción en origen de esa energía, muy inferiores a las de los sistemas tradicionales, pues el consumo de electricidad se reduce notablemente. Energía continua: Contrariamente a la energía solar o a la eólica, la energía geotérmica no depende del clima, de la radiación solar ni del viento. Está disponible 24 horas al día, 365 días al año. La energía geotérmica depende de las características intrínsecas del subsuelo (gradiente geotérmico, permeabilidad de las rocas, etc.), constantes para cada caso concreto, lo cual asegura una gran regularidad en su utilización. Los coeficientes de disponibilidad de las centrales

geotérmicas eléctricas son del 90% de media, y en redes de calefacción se puede alcanzar el 100%. Yacimientos geotérmicos: Cuando en un área geográfica concreta se dan determinadas condiciones geológicas y geotérmicas favorables para que se puedan explotar de forma económica los recursos geotérmicos del subsuelo, se dice que allí existe un yacimiento geotérmico. Las condiciones no son las mismas para cada uno de los cuatro tipos de recursos geotérmicos que se han mencionado en el apartado anterior. Los yacimientos geotérmicos pueden ser clasificados conforme a diferentes criterios: el contexto geológico, el nivel de temperatura, el modo de explotación y el tipo de utilización. La clasificación más común es la del nivel de temperatura, y es la que se ha tenido en cuenta, con los mismos intervalos de temperatura anteriores, para describir en los apartados siguientes algunos aspectos importantes de cada tipo de yacimiento.

Hidrรกulica

Energía

La energía del agua, es esencialmente una forma de energía solar. El Sol comienza el ciclo hidrológico evaporando el agua de lagos y océanos y calentando el aire que la transporta. El agua caerá en forma de precipitación (lluvia, nieve, etc.) sobre la tierra y la energía que posee aquella por estar a cierta altura (energía potencial) se disipa al regresar hacia lagos y océanos, situados a niveles más bajos. Es la energía que tiene el agua cuando se mueve a través de un cauce (energía cinética) o cuando se encuentra embalsada a cierta altura (es decir, en forma de energía potencial). En este momento toda la energía hidráulica del agua estará en forma de energía potencial. Cuando se deje caer, se transformará en energía cinética, que puede ser aprovechada para diversos fines. Se trata de una energía renovable. Desde hace unos dos mil años, toda la energía hidráulica se transformaba en energía mecánica que, posteriormente, tenía aplicaciones específicas en 49

Hidráulica

norias, molinos, forjas,... A partir del siglo XX se empleó para obtener energía eléctrica. Son las centrales hidroeléctricas. Se caracteriza porque no es contaminante y puede suministrar trabajo sin producir residuos (rendimiento 80%). Toda central hidroeléctrica transforma la energía potencial del agua acumulada en el embalse en energía eléctrica a través del alternador. Las diferentes transformaciones de energía que se producen son:

Energía cinética: Energía potencial del agua de rotación eléctrica Según el valor de la potencia generada sea superior o inferior a 10 Mw, hablamos de minihidráulica o de hidráulica. Emplazamiento de sistemas hidráulicos. Funcionamiento de una presa sirve para contener el agua y formar tras de sí un embalse. El agua se libera por los desagües, que fluye por las llamadas tuberías de conexión hasta la sala de máquinas (una vez filtrada); la energía cinética del agua acumulada se convierte en energía cinética de rotación de la turbina, que acoplada a un alternador de forma solidaria, genera energía eléctrica. Partes fundamentales de una central eléctrica: 50

Presa: Es la encargada de almacenar el agua y provocar una elevación de su nivel que permita encauzarla para su utilización hidroeléctrica. También se emplea para regular el caudal de agua que circula por el río y aumentar el potencial hidráulico. En función del material de construcción y de la estructura existen varios tipos. Todo dique debe permitir el escape del exceso de agua para evitar accidentes. El excedente de agua se puede eliminar a través de un aliviadero (por debajo de la cima de la presa), mediante un pozo de desagüe (interior del embalse) o por un túnel de desagüe (bordeando el dique) Canal de derivación: Es un conducto que canaliza el agua desde el embalse. Puede ser abierto (canal), como los que se construyen siguiendo la ladera de una montaña, o cerrado (tubo), por medio de túneles excavados. Las conducciones deben ser lo más rectas y lisas posibles para reducir al mínimo las pérdidas por fricción, necesitando además un sistema para regular el caudal (compuertas o válvulas) Tiene menos pendiente que el cauce del río. Si el salto es inferior a 15 m, el canal desemboca directamente en la cámara de turbinas. En su origen dispone de una o varias tomas de agua protegidas por medio de rejillas metálicas para evitar que se introduzcan cuerpos extraños Cámara de presión: Es el punto de unión del canal de derivación con la tubería de presión. En esta cámara se instala la chimenea de equilibrio. Este dispositivo consiste en un depósito de compensación cuya misión es evitar las variaciones bruscas de presión debidas a las fluctuaciones del caudal de agua provocadas por la regulación de su entrada a la cámara de turbinas. 51

Hidráulica 52

Tubería de presión: También llamada tubería forzada, se encarga de conducir el agua hasta la cámara de turbinas. Las tuberías de este tipo se construyen de diferentes materiales según la presión que han de soportar: palastro de acero, cemento-amianto y hormigón armado Cámara de turbinas: Es la zona donde se instalan las turbinas y los alternadores. Además de las turbinas, existen otros dispositivos captadores: las ruedas hidráulicas y la turbina es una máquina compuesta esencialmente por un rodete con álabes o palas unidos a un eje central giratorio (velocidad de giro superior a 1000 r.p.m). Su misión es transformar la energía cinética del agua en energía cinética de rotación del eje. El alternador, cuyo eje es la prolongación del eje de la turbina, se encarga de transformar la energía cinética de rotación de éste en energía eléctrica. Los elementos básicos de una turbina son: • Canal de admisión: Conducto por donde penetra el agua • Distribuidor: Paredes perfiladas que permiten encauzar el agua hacia el elemento móvil • Rodete: Dispositivo portador de los álabes, perfilados para que absorban con la mayor eficacia posible la energía cinética del agua Según las características del salto de agua, se emplean tres tipos de turbinas: Pelton, Francis, y Kaplan •Pelton: turbina de alta presión (es una rueda hidráulica que puede desarrollar velocidades de giro suficientemente altas, unas 1000 r.p.m). Dispone de un eje horizontal y su rodete lleva una serie de álabes cóncavos sobre los que las toberas proyectan un chorro de agua. Para aumentar la potencia basta

aumentar el número de chorros. Tiene una eficacia de hasta el 90%. Cada tobera lleva un deflector para regular la presión del agua sobre los álabes. En cada rodete es posible montar hasta 4 toberas. Puede utilizarse ensaltos de altura superior a 200 m, pero requiere una altura mínima de 25 m. Francis: Turbina de media presión. Dispone de un eje vertical y su rodete está constituido por paletas alabeteadas. El agua es conducida hasta la periferia del rodete por un distribuidor y se evacua por un canal que sale a lo largo del eje. Rendimiento 90% Este tipo de turbinas puede funcionar sumergido en el agua y se emplea en saltos de alturas comprendidas entre los 20 y 200 m. Ventajas: El proceso de transformación de la energía hidráulica en eléctrica es «limpia», es decir, no produce residuos ni da lugar a la emisión de gases o partículas sólidas que pudieran contaminar la atmósfera. Las presas que se construyen para embalsar el agua permiten regular el caudal del río, evitando de esta forma inundaciones en épocas de crecida y haciendo posible el riego de las tierras bajas en los períodos de escasez de lluvias. El agua embalsada puede servir para el abastecimiento a ciudades durante largos períodos de tiempo. Los embalses suelen ser utilizados como zonas de recreo y esparcimiento, donde se pueden practicar una gran cantidad de deportes acuáticos: pesca, remo, vela, etc.

Marina

Energía

Energía de los mares (también denominada a veces energía de los océanos o energía oceánica) se refiere a la energía renovable transportada por las olas del mar, las mareas, la salinidad y las diferencias de temperatura del océano. El movimiento del agua en los océanos del mundo crea un vasto almacén de energía cinética o energía en movimiento. Esta energía se puede aprovechar para generar electricidad que alimente las casas, el transporte y la industria. El término energía marina abarca tanto la energía de las olas • la energía de las olas de superficie y la energía mareomotriz • obtenida a partir de la energía cinética de grandes cuerpos de agua en movimiento. La energía eólica suele confundirse como una forma de energía marina, pero en realidad es derivada de la del viento, aunque los aerogeneradores se coloquen sobre el agua. Los océanos tienen una enorme cantidad de energía y están muy cerca a muchas, sino a la mayoría, de la concentraciones de población. 55

Marina

Bastantes investigaciones muestran que la energía oceánica tiene el potencial de proporcionar una cantidad sustancial de nuevas energías renovables en todo el mundo.Una corriente oceánica o corriente marina es un movimiento superficial de las aguas de los océanos y en menor grado, de los mares más extensos. Estas corrientes tienen multitud de causas, principalmente, el movimiento de rotación terrestre (que actúa de manera distinta y hasta opuesta en el fondo del océano y en la superficie) y por los vientos constantes o planetarios, así como la configuración de las costas y la ubicación de los continentes. Suele quedar entendido que el concepto de corrientes marinas se refiere a las corrientes de agua en la superficie de los océanos y mares (como puede verse en el mapa de corrientes) mientras que las corrientes submarinas no son sino movimientos de compensación de las corrientes superficiales. Esto significa que si en la superficie las aguas superficiales van de este a oeste en la zona intertropical (por inercia debido al movimiento de rotación terrestre, que es de oeste a este), en el fondo del océano, las aguas se desplazarán siguiendo ese movimiento de rotación de oeste a este. El movimiento de compensación de las corrientes marinas no sólo se produce entre la superficie y el fondo submarino, sino también en la propia superficie, aunque en este caso, es mucho menor, al menos en lo que se refiere al volumen y extensión del agua desplazada. La energía marina es un gran depósito de energía en constante movimiento. Para poder entenderla aún mejor hay que conocer sus ventajas y desventajas. En cuanto a las ventajas destacan: Es gratuita. No tiene un gran coste operativo porque las olas se generan por sí solas. 56

No necesita ningún tipo de combustible para ponerse en funcionamiento y no genera residuos. En cuanto a las desventajas: Se necesita de un lugar clave para conseguir la mayor eficacia de la ola, el traslado de la energía obtenida es muy costoso y depende de la amplitud de las mareas. Aunque aún se encuentra en fase experimental, la energía marina es una de las grandes fuentes energéticas renovables y quizás la que más posibilidades tiene de salir adelante. Son más fuertes las ventajas que las desventajas, a la vista está. La energía azul o potencia osmótica es la energía obtenida por la diferencia en la concentración de la sal entre el agua de mar y el agua de río. El residuo en este proceso es únicamente agua salobre. Esta fuente de energía renovable presenta un gran potencial en regiones con ríos caudalosos: En los Países Bajos, por ejemplo, más de 3300 m³ de agua dulce por segundo desembocan en el mar como promedio. El potencial energético es por lo tanto de 3300 MW, suponiendo 1 MW/m³ de agua fresca por segundo. Dos tecnologías complementarias, basadas en la utilización de membranas están actualmente en desarrollo: la ósmosis por presión retardada (PRO: pressure retarded osmosis) y la electrodiálisis inversa (RED: Reverse ElectroDialysis). La Ósmosis por Presión Retardada utiliza tecnologías basadas en poner en contacto los dos fluidos(agua de rio y agua de mar) a través de una membrana específica que permite pasar el agua, pero no las sales. Esto genera una diferencia de presión que puede aprovecharse en una turbina. Una planta prototipo funciona desde el año 2009 en Tofte (Noruega) , desarrollada por Statkraft, demostrando el potencial de esta fuente de energía renovable, que tiene la ventaja de basarse en tecnologías similares a las de Ósmosis Inversa, diferiendo fundamentalmente en el 57

Marina

tipo de membrana a utilizar. La Electrodiálisis Inversa se ha probado extensamente en condiciones de laboratorio. Una membrana nueva, barata, basada en polímeros eléctricamente modificados del polietileno, le ha dado una nueva oportunidad para su uso comercial. El principal impulsor de esta tecnología es la empresa REDStack, con membranas de FUJIFilm. Un módulo con una capacidad de 250 kilovatios tiene el tamaño de un contenedor. En 2005 una planta de 50 kilovatios se construyó en un sitio de prueba costero en Harlingen, los Países Bajos, operando con éxito. La energía maremotérmica (también conocida como Ocean Thermal Energy Conversion, conversión de energía térmica oceánica, abreviadamente OTEC u OTE) es un tipo de energía renovable que utiliza las diferencias entre las aguas oceánicas profundas, más frías, y las superficiales, más cálidas, para mover una máquina térmica y producir trabajo útil, generalmente en forma de electricidad. Fue originalmente concebida por el físico francés Arsène d'Arsonval. Hasta ahora ha tenido el problema del rendimiento, pero los nuevos diseños en intercambiadores y otros dispositivos térmicos hacen que éste se aproxime al máximo teórico. En diferentes zonas del mundo el agua tiene distintas temperaturas dependiendo de la profundidad en que se encuentre, en especial en los trópicos, donde pueden distinguirse tres capas térmicas: La superficial: de 100 a 200 metros de espesor, que actúa como colector de calor, con temperaturas entre 25 y 30 grados.

La intermedia: entre los 200 y 400 metros de profundidad, con una variación rápida de temperatura y que actúa como barrera térmica entre las capas superior y profunda. La profunda: en la que la temperatura disminuye suavemente hasta alcanzar 4 °C a 1000 metros y 2 °C a 5000 metros. Así, usando el agua superficial para calentar un líquido con un punto de ebullición bajo (usando un intercambiador de calor) este se transformaría en vapor que podría mover una turbina para generar electricidad. Luego, este vapor se enfriaría en otro intercambiador de calor en contacto con el agua fría de las profundidades para luego reiniciar el ciclo de generación. Características: Es inagotable puesto que está relacionada con los grandes procesos climatológicos; sin embargo, los lugares favorables para su instalación, caracterizados por una temperatura superficial del agua muy elevada, no son muy numerosos; es posible, sin embargo, evitar en cierta medida esta o aquella condición aumentando la temperatura de la capa caliente aprovechada (impidiendo la evaporación mediante delgadas capas de aceite, etc.), o utilizando instalaciones flotantes. El rendimiento teórico máximo de Carnot, como hemos visto, es muy bajo, 0,073 si el agua caliente está a 28°C y la fría a 6°C; 0,086 para el agua caliente a 30°C y la fría a 4°C. Es indispensable, por tanto, acercarse lo más posible a la reversibilidad (ciclo con numerosos pasos evaporación-condensación, y viceversa) y hacer que la parte de energía consumida por las instalaciones auxiliares(extractor de gases disueltos y bombas

Marina

de circulación) se reduzca al mínimo. La turbina debe ser de grandes dimensiones (lo que impone una baja velocidad de rotación) para que la diferencia de tensión de vapor entre el condensador y el evaporador sea mínima; para obviar ésto se ha propuesto emplear un fluido auxiliar, como el amoniaco, cuya tensión de vapor varía con la temperatura mucho más que la del agua. Aunque las actuales condiciones de la economía mundial una central térmica semejante no parece muy competitiva, presenta la interesante particularidad de producir grandes cantidades de agua dulce del orden de las 300 Ton/hora en una central de 3,5 MW; por otro lado, el agua profunda utilizada para refrigerar el condensador, saldría de la instalación a la temperatura de unos 16°C (18.000 Termias/hora en el caso citado) y sería por tanto utilizable como agua de refrigeración en determinadas industrias. Ventajas a) Utiliza fuentes de energía limpias y renovables. El agua caliente de la superficie y el agua fría del fondo del océano reemplaza la utilización de combustibles fósiles. b) La producción de dióxido de carbono y otras sustancias químicas que contribuyen al calentamiento global y la lluvia ácida es mínima o nula. c) Los sistemas y centrales maremotérmicos producen agua potable y electricidad. d) La cantidad de energía solar acumulada sobre las capas superficiales del océano podrían llegar a cubrir la mayoría de las necesidades energéticas de la humanidad.

e) Ayuda a reducir la utilización y dependencia de combustibles fósiles importados. f) El agua fría del fondo oceánico utilizada en la producción de energía maremotérmica puede ser empleada para la producción de aire acondicionado en edificios, alimentación de peces y crustáceos, algas y plantas marinas. Desventajas a) Los costos de las plantas maremotérmicas superan los costos requeridos al emplear combustibles fósiles para la producción de energía. b) Las plantas maremotérmicas deben ser ubicadas en zonas cuya variación de temperatura a lo largo del año sea de 20ºC. c) La construcción de centrales y la tubería requerida para el funcionamiento del sistema puede afectar los arrecifes coralinos y ecosistemas costeros. La energía undimotriz, o energía olamotriz, es la energía que permite la obtención de electricidad a partir de energía mecánica generada por el movimiento de las olas. Es uno de los tipos de energías renovables con más recientes estudios, y presenta enormes ventajas frente a otras energías renovables debido a que en ella se presenta una mayor facilidad para predecir condiciones geológicas óptimas que permitan la mayor eficiencia en sus procesos. Es más fácil llegar a predecir condiciones óptimas de oleaje, que condiciones óptimas en vientos para obtener energía eólica, ya que su variabilidad es menor. Esta tecnología de energía fue inicialmente trabajada e implementada en la década de 1980, y ha ido teniendo gran acogida, debido a sus

Marina

características renovables, y su enorme viabilidad de implementación en un futuro próximo. Su implementación se hace aun más viable entre las latitudes 40° y 60° por las características del oleaje. Viabilidad económica: Actualmente esta energía ha sido implementada en muchos de los países desarrollados, logrando grandes beneficios para las economías de estos países, debido al alto porcentaje de energía que suple con relación al total de energía que demandan al año. En Estados Unidos. Se estima que en Estados Unidos alrededor de 55TWh por año son suplidos por energías provenientes del movimiento de las olas. Dicho valor es un 14% del valor total energético que demanda el país al año. En Europa. Se sabe que en Europa alrededor de 280TWh son provenientes de energías generadas por movimiento de las olas en el año. Requerimientos; Aun cuando el trabajo y estudio realizado alrededor de este tipo de energía renovable es bastante bajo con relación a otras energías renovables, aparte de los costos de inversión necesarios para la implementación de los equipos y herramientas que permitan el correcto funcionamiento para obtener energía eléctrica a partir del movimiento de las olas, es necesario tener una serie de condiciones geológicas para su optimo uso. Profundidad Según estudios realizados a lo largo de la historia con respecto a esta energía renovable, se sabe que la cantidad de energía que se puede obtener a partir de ella, es proporcional al periodo de oscilación de las olas, al igual que al cuadrado de la amplitud de estas. Por tal razón se sabe que este tipo de características se hallan en territorios marítimos con profundidades entre 40 y 100 metros. Entre dichas profundidades las características de las olas resultan ser óptimas 62

para la energía undimotriz. Los equipos de mayor uso en la actualidad para la implementación de este tipo de energía son: Flotadores: Estos se encuentran sujetos al fondo mediante un anclaje o un peso sumergido. Dispositivos móviles articulados: Estos dispositivos siguen el movimiento de las olas que actúan sobre un generador hidráulico. Es un aparato flotante de partes articuladas que obtiene energía del movimiento relativo entre estas partes. Como la serpiente marina Pelamis. Neumáticos: Un volumen de agua contenido dentro de un tubo curvado (OWC HORIZONTAL - COLUMNA DE AGUA OSCILANTE HORIZONTAL inventada por Jorge Egúsquiza Loayza de Lima- Perú) sobre un bote o plataforma, cuando la ola hace oscilar al bote o plataforma, el volumen de agua contenido dentro del tubo oscila y empuja el aire hacia la turbina wells ubicada en un extremo del tubo, en el otro extremo sucede lo inverso, se produce un vacío y el aire al ocuparlo acciona la otra turbina. Basada en el principio de conservación del nivel. Depósitos: Un pozo con la parte superior hermética y la berruga comunicada con el mar. En la parte superior hay una pequeña abertura por la que sale el aire expulsado por las olas. Se aprovecha la energía cinética moviendo una turbina, para generar la electricidad. Clasificación de dispositivos Dispositivos de columna de agua oscilante: Estos funcionan con una turbina de aire que se encuentra ensamblada a un generador . Esta estructura normalmente se encuentra ubicada en la costa. Su parte inferior se encuentra sumergida que se abra hacia el oleaje, en 63

Marina

su parte superior contiene una cámara de aire. El aire se desplaza por la columna de agua generando un movimiento en la turbina ubicada en la parte alta del dispositivo. Se utiliza energía neumática para generar energía mecánica. Dispositivos oscilantes: Estos funcionan con un motor hidráulico, turbina hidráulica y un generador eléctrico lineal. Flotadora: Estas boyas contienen un sistema hidráulico el cual acciona un generador gracias al constante movimiento del oleaje ya que éste hace que se genere un movimiento relativo entre el mástil y el flotador. La salida eléctrica se lleva hasta una subestación Rotación: Este sistema esta formado por un modulo que se encuentra anclado al fondo marino y mediante las oscilaciones se accionan unos pistones que logran una transformación hidroeléctrica. Están constituidos principalmente por una estructura articulada que en las conexiones de los nodos dispone de un sistema hidráulico el cual actúa sobre un generador eléctrico. Esta tecnología es comercial ya que por medio de 30 de estos aparatos se podría brindar energía a 20.000 hogares Traslación lineal: Estos sistemas están constituidos por dos partes: Una se encuentra fija sobre el fondo marino, y la otra se mueve de manera vertical por la variación de presiones hidrostáticas bajo el agua por las olas. Colectores de olas: Aprovechando la energía potencial de las olas, los aparatos reciben esta energía mover unas turbinas hidráulicas. El deposito se encuentra ubicado un nivel encima del mar al cual a través de una rampa ingresan las olas, a continuación pasan por unas turbinas ensambladas a unos generadores eléctricos. 64

E贸lica

Energía

Es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir, mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire. Se obtiene a través de una turbinas eólicas son las que convierten la energía cinética del viento en electricidad por medio de aspas o hélices que hacen girar un eje central conectado, a través de una serie engranajes (la transmisión) a un generador eléctrico. El término eólico viene del latín Aeolicus (griego antiguo / Aiolos), perteneciente o relativo a Éolo o Eolo, dios de los vientos en la mitología griega y, por tanto, perteneciente o relativo al viento. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. Es un tipo de energía verde. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velo67

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cidades proporcionales (gradiente de presión). Por lo que puede decirse que la energía eólica es una forma no-directa de energía solar. Las diferentes temperaturas y presiones en la atmósfera, provocadas por la absorción de la radiación solar, son las que ponen al viento en movimiento. El aerogenerador es un generador de corriente eléctrica a partir de la energía cinética del viento, es una energía limpia y también la menos costosa de producir, lo que explica el fuerte entusiasmo por esta tecnología. Actualmente se utiliza para su transformación en energía eléctrica a través de la instalación de aerogeneradores o turbinas de viento. De entre todas las aplicaciones existentes de la energía eólica, la más extendida, y la que cuenta con un mayor crecimiento es la de los parques eólicos para producción eléctrica. Un parque eólico es la instalación integrada de un conjunto de aerogeneradores conectados eléctricamente. Los aerogeneradores son los elementos claves de la instalación de los parques eólicos que, básicamente, son la evolución de los tradicionales molinos de viento. Como tales son máquinas rotativas que están formadas por tres aspas, de unos 20-25 metros, unidas a un eje común. El elemento de captación o rotor que está unido a este eje, capta la energía del viento. Mediante el movimiento de las aspas o paletas, accionadas por el viento, activa un generador eléctrico que convierte la energía mecánica de la rotación en energía eléctrica. Estos aerogeneradores suelen medir unos 40-50 metros dependiendo de la orografía del lugar, pero pueden ser incluso más altos.

Este es uno de los grandes problemas que afecta a las poblaciones desde el punto de vista estético. Los aerogeneradores pueden trabajar solos o en parques eólicos, sobre tierra formando las granjas eólicas, sobre la costa del mar o incluso pueden ser instalados sobre las aguas a cierta distancia de la costa en lo que se llama granja eólica marina, la cual está generando grandes conflictos en todas aquellas costas en las que se pretende construir parques eólicos. El gran beneficio medioambiental que reporta el aprovechamiento del viento para la generación de energía eléctrica viene dado, en primer lugar, por los niveles de emisiones gaseosas evitados, en comparación con los producidos en centrales térmicas. En definitiva, contribuye a la estabilidad climática del planeta. Un desarrollo importante de la energía eléctrica de origen eólico puede ser, por tanto, una de las medidas más eficaces para evitar el efecto invernadero ya que, a nivel mundial, se considera que el sector eléctrico es responsable del 29% de las emisiones de CO2 del planeta. Como energía renovable que es contribuye minimizar el calentamiento global. Si nos centramos en las ventajas sociales y económicas que nos incumben de una manera mucho más directa son mayores que los beneficios que nos aportan las energías convencionales. El desarrollo de este tipo de energía puede reforzar la competitividad general de la industria y tener efectos positivos y tangibles en el desarrollo regional, la cohesión económica y social y el empleo. La industria eólica es un sector con indudable futuro. Las repercusiones que en materia de empleo está teniendo y va a tener esta dinámica inversión son sin duda 69

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importantes. Este despliegue de la energía eólica puede ser una característica clave del desarrollo regional con el objetivo de dar lugar a una mayor cohesión social y económica. Los fondos invertidos a escala regional en el desarrollo de las fuentes de energía renovables pueden contribuir a elevar los niveles de vida y de renta de las regiones menos favorecidas o en declive mediante la utilización de recursos locales, generando empleos permanentes a nivel local y creando nuevas oportunidades para la agricultura. Las energías renovables contribuyen de esta forma al desarrollo de las regiones menos favorecidas, cuyos recursos naturales encuentran así una oportunidad. La energía eólica supone una evidente contribución al auto abastecimiento energético. A pesar de que las ventajas medioambientales de la energía eólica son incuestionables, y de que existe un amplio consenso en nuestra sociedad sobre el alto grado de compatibilidad entre las instalaciones eólicas y el respeto por el medio ambiente, son muchos los que consideran que la instalación concreta de un parque eólico puede producir impactos ambientales negativos, que dependerán del emplazamiento elegido. Aunque muchas de ellas se encuentran en emplazamientos reservados. Hay quienes consideran que la eólica no supone una alternativa a las fuentes de energía actuales, ya que no genera energía constantemente por falta o exceso de viento. Es la intermitencia uno de sus principales inconvenientes. El impacto en detrimento de la calidad del paisaje, los efectos sobre la avifauna y el ruido, suelen ser los efectos ne-

gativos que generalmente se citan como inconvenientes medioambientales de los parques eólicos. Con respecto a los efectos sobre la avifauna el impacto de los aerogeneradores no es tan importante como pudiera parecer en un principio. Otro de los mayores inconvenientes es el efecto pantalla que limita de manera notable la visibilidad y posibilidades de control que constituye la razón de ser de sus respectivos emplazamientos, consecuencia de la alienación de los aerogeneradores. A las limitaciones visuales se añaden las previsibles interferencias electromagnéticas en los sistemas de comunicación.

10 RECOMENDACIONES CON 100 % DE ENERGÍAS ENERGÍA LIMPIA: promover

sólo los productos más eficientes. Desarrollar nuevas y existentes fuentes de energía renovable para proporcionar suficiente energía limpia a para todos nosotros antes de 2020.

REDES ELÉCTRICAS:

Compartir e intercambiar energía limpia a través de redes y el comercio de electricidad, haciendo el mejor uso de los recursos de energía sostenible en diferentes áreas.

ACCESO: proporcionar

electricidad limpia y promoviendo prácticas sostenibles. Como por ejemplo; paneles solares o turbinas de viento entre muchas posibilidades.

INVERSIÓN en energías

renovables, energía limpia, productos como, automóviles eléctricos y edificios eficientes.

ALIMENTOS: Frenar el desperdicio de alimentos. Elegir alimentos

suministrados en forma eficiente y sostenible, y así liberar espacio de terreno para el funcionamiento de la naturaleza, la re-conversión a bosques y la generación responsable de biocombustibles.

PARA UN FUTURO RENOVABLES MATERIALES: Reducir, reutilizar y reciclar, son acciones necesarias para minimizar el desperdicio y ahorrar energía. Desarrollar materiales duraderos y evitar el consumo de las cosas que no necesitamos.

TECNOLOGÍA: Desarrollar planes de acción a nivel nacional, bilateral y multilateral para promover la investigación y desarrollo en materia de eficiencia energética y energías renovables.

ACUERDOS: Apoyar acuerdos

ambiciosos en materia de clima y energía, para fortalecer y crear capacidades, así como promover la cooperación global en esfuerzos de energía renovable y eficiencia energética.

TRANSPORTE: proporcionar

incentivos para fomentar un mayor uso del transporte público y reducir las distancias entre las personas y las mercancías. Promover la electrificación vehicular siempre que sea posible y apoyar la conversión a hidrógeno y otros combustibles energéticos para el transporte marítimo y aéreo.

SOSTENIMIENTO: Desarrollar y aplicar estrictos criterios de sostenimiento que aseguren la compatibilidad de la energía renovable con el ambiente y los objetivos de desarrollo.

ENERGÍAS RENOVABLES