recursos energéticos y minerales

Tema 10. Recursos energéticos y minerales0. Índice

1. El uso de la energía2. Fuentes de energía convencionales:

2.1. Combustibles fósiles 2.2. Energía nuclear de fisión2.3. Energía hidroeléctrica.

3. Energías alternativas: 3.1. E. solar3.2. E. eólica3.3. E. de biomasa3.4. E. mareomotriz3.5. E. geotérmica3.6. El hidrógeno como combustible 3.7. Fusión nuclear.

• Medidas de ahorro: uso eficiente de la energía.• Los recursos minerales: recursos minerales metalíferos y no metalíferos.

Tema 10. Recursos energéticos y minerales1. Uso de la energía

El hombre utiliza la energía para realizar diversas tareas, controlando las fuentes que la produce, usando aquellas de más fácil acceso en función de los recursos existentes y de la forma económica más rentable.

Para su uso se tiene en cuenta:

• Calidad de la energía: la de mayor calidad será la más concentrada (petróleo, carbón, uranio) y la de menor calidad la dispersa en grandes volúmenes (viento, mareas,..)

• Rentabilidad económica: utilizaremos la más barata. A la larga, fuentes que en el pasado se consideraban poco rentables, pueden llegar a serlo en el futuro.

• Sistemas energéticos: son el conjunto de procesos realizados sobre la energía desde las fuentes originales hasta el uso final. Las fases serán:– Proceso de captura o extracción de energía

primaria.– Transformación en energía secundaria.– Transporte de los recursos energéticos

secundarios hasta el lugar de uso.– Consumo de la energía utilizable.

• Rendimiento del sistema energético: es la relación entre la energía suministrada al sistema y la que obtenemos de él expresada en %.

• Coste energético: precio que pagamos por utilizar la energía secundaria (gasolina, recibo de la luz,…). Hay “costes ocultos” por construcción, mantenimiento o desmantelamiento de los centros productores de energía, eliminación del impacto producido por su construcción, impactos ambientales y consecuencias (como la marea negra,…)

Consumo energético mundial en

2000

Consumo energético mundial en

2002

EVOLUCIÓN POR TIPO DE ENERGÍA EN ESPAÑA (EN GWh)

1999 2008 CARBÓN Y GAS 120.221 179.181

NUCLEAR 58.852 58.973 HIDROELÉCTRICA, EÓLICA Y SOLAR

30.787 65.267

La energía eléctrica en España.

La energía eléctrica en España.

Máxima producción (Origen, a finales de 2008)

Ciclo combinado (23,9%)

Nuclear (8,5%)

Carbón (12,5%)Eólica (17,5%)

Hidráulica (incluida la de régimen especial)

(20,5%)

Fuel y Gas (4,9%)

Otras renovables (4,5%)

No renovables (7,9%)

Tema 10. Recursos energéticos y minerales2. Energías convencionales/ 2.1. Combustibles fósiles

Carbón: se formó por la acumulación de restos vegetales en zonas pantanosas, lagunas o deltas, que sufrieron una fermentación anaerobia por bacterias que transformaron la celulosa o lignina en carbón, metano y CO2

(mediante un enterramiento rápido). Tiene un alto poder calorífico, y sus reservas

durarán unos 200 años. Es el más sucio de los combustibles fósiles. Libera SO2, responsable de la lluvia ácida.

Carbón

8 0007 0004 5004 200Poder calorífico (kcal/kg)

90-9575-9060-7045-60Porcentaje de carbono

AntracitaHullaLignitoTurbaTipos de carbones







En nuestro país se explotan dos cuencas de carbón:

Hulla (75 – 90% de C) y antracita (90 – 95%), en Asturias, León y Sierra Morena.

Lignito (60 – 70%), en Cataluña, Galicia y Teruel.

Su uso fundamental es como combustible en las centrales térmicas para producir electricidad (actualmente el 30% de la energía eléctrica mundial)

Sobre la atmósfera

Sobre las aguas

Ruido, polvo en suspensión y gases. Lagunas de gravera.

Sobre la flora y la fauna En el paisaje

Explotación de pizarras. Escombreras.

Mina romana en Las Médulas (León).

Reforestación

Estabilización de taludesRecogida de aceites usados

Vertido de aceites en una cantera de granito.

Relleno de los frentes de explotación para disminuir la pendiente.

Pantalla visual para reducir el impacto paisajístico

Diseño de la explotación para reducir el impacto visual

Impacto mínimo

Petróleo: es un líquido oleaginoso, oscuro, menos denso que el agua, formado por una mezcla de hidrocarburos que se encuentran en los tres estados:

• Sólidos: asfaltos y betunes.• Líquidos: benceno, octanos y ectanos.• Gaseosos: metano, acetileno y butano (constituyen el gas natural)

Se forma a partir de restos de plancton marino, que al morir sus restos se acumulan en el fondo marino, se mezclan con las arenas y, en condiciones de anaerobiosis, se enriquecen en carbono e hidrógeno, y se empobrecen en oxígeno y nitrógeno. Los sedimentos se transforman en rocas sedimentarias que constituyen la roca madre. Debido a su densidad, los hidrocarburos migran a zonas altas y se encuentran impregnando poros o fisuras de rocas de alta porosidad y permeabilidad (rocas almacén). El petróleo se detiene al encontrar rocas impermeables, ciertas estructuras tectónicas (pliegues y fallas),… constituyendo trampas petrolíferas.

El petróleo no se emplea tal cual, sino que se somete a una destilación fraccionada continua, que comienza al calentarlo hasta alcanzar una temperatura de 370ºC. Una vez destilado, el vapor se va enfriando a medida que ascienden los gases, produciendo una condensación separada de cada tipo de compuesto. Así se obtienen: gases (metano, etano, propano, butano), gasolina, keroseno, gasóleo, fuel, vaselina, parafinas y alquitranes. Cada uno de estos componentes tiene un uso diferente.

PRODUCTOS OBTENIDOS EN LA DESTILACIÓN FRACCIONADA

Impermeabilización, asfalto

Residuos sólidos Parafinas y alquitranes

Residuos pesados

Lubricante, pomadas

Residuos semisólidos

Vaselina Residuos ligeros

Combustible, lubricante

> 350 °C Cadenas de 20 a 40 átomos de C

Fuel

Combustible, craqueo

300 °C-375 °C Cadenas de 16 a 25 átomos de C

Gasóleo

Combustible reactor, craqueo

200 °C-300 °C Decano-hexadecano Queroseno

Combustible, disolvente

40 °C-180 °C Pentano, hexano, heptano, octano y nonano

Nafta (gasolina)

Combustible Hasta 40 °C Metano, etano, propano, butano

Gases

Uso Temperatura de

destilación Tipo de

hidrocarburo Producto

AgriculturaAbonos y pesticidas

Uso industrial y domésticoDetergentes

Fabricación de neumáticos, calzado, recubrimiento de terrazas y tejadosCaucho sintético

Sustituyen a la lana: ovillos y moquetas, entre otros usosSintéticas

Trajes, corbatas, impermeables, visillos, alfombras…Poliéster

Lencería, medias, alfombras, cortinas, trajes de baño, recubrimiento interior de neumáticos…

Poliamidas

Fibras sintéticas

Productos con apariencia de vidrio, espumas extraligeras…Poliuretanos

Aislamientos eléctricos, paneles decorativos, utensilios domésticos…

Termoendurecibles

Películas fotográficas, bolsas, papel de envasar, tuberías, canalizaciones, construcción en general, embalajes, muebles, juguetes, aislamientos, electrónica, tuberías, revestimientos de PVC, válvulas, flores artificiales, botas…

Termoplásticos(50 % del consumo mundial)

Plásticos

Productos derivados de la industria petroquímica

Producción, consumo y principales vías de comercio del petróleo en el mundo

Gas natural

Procede de la fermentación de la materia orgánica acumulada en los sedimentos. Su extracción es sencilla y económica. Se transporta en gasoductos (que necesitan una fuerte inversión, pero tiene bajo riesgo) o en barcos, si se licua a bajas temperaturas. Un peligro son las fugas, pues el metano es un gas de efecto invernadero, y además, si entrara en combustión haría aumentar la temperatura y consumiría gran cantidad de oxígeno de esa zona incendiada.Se utiliza como combustible en los hogares, industrias o en centrales térmicas, sustituyendo al carbón. Libera CO2, pero no produce contaminantes sulfurados.

Su uso es temporal, pues las reservas actuales se estiman que durarán unos 60 años.

Esquema de una central térmica de gas de ciclo combinado

Reservas mundiales estimadas

de gas natural (2000)

Combustible (en central térmica de 1 000 MW)

PRODUCCIÓN DE CONTAMINANTES POR TIPO DE COMBUSTIBLE

Despreciable0,7 0,5 Hidrocarburos

Despreciable0,009 0,25 Monóxido de carbono

1325 23 Óxidos de nitrógeno

0,01560 150 Óxidos de azufre

0,50,8 5 Partículas

3 2004 700 7 800 CO2

GasFuel Carbón ( x 103 t/año)

Reservas de carbón, petróleo y

gas natural estimadas en años

de consumo

Reacción de fisión nuclear

Tema 10. Recursos energéticos y minerales2. Energías convencionales

• Esta energía fue muy utilizada en los años 50, aunque en los últimos años se han paralizado las construcciones de nuevas centrales nucleares en casi todos los países (bien es verdad que actualmente se está planteando un debate para fomentar su uso y solucionar el problema del cambio climático).

• Como se produce mucho calor se emplea agua para refrigerar el reactor.

Entre los principales problemas que plantea, hay que destacar:

• Altos costes de construcción y mantenimiento de las centrales.

• Fallos y paradas de los reactores.

• Se ha sobreestimado la demanda eléctrica.

• Mala gestión• Accidentes (Chernobil)• Acumulación de residuos

radiactivos.• Crea un microclima más cálido y

húmedo (libera vapor de agua)• Aumenta la temperatura de los

ríos cercanos.

Funcionamiento de una central hidroeléctrica

• Desplazamiento de núcleos de población.• Cambios en el microclima.• Pérdida de superficie fértil.• Transformación de cauces fluviales.• Dificultad para el transporte de nutrientes.• Disminución del caudal de sedimentos.• Retroceso de la desembocadura del río e incremento de la erosión aguas

abajo.• Anegación de restos arqueológicos y culturales.• Dificultad para la migración de fauna.• Desaparición y desplazamiento de especies animales.• Destrucción de ecosistemas de bosque de ribera.• Riesgo de eutrofización. • Cambios químicos del agua. • Contribución a la sedimentación.• Impedimento para la navegación fluvial.• Riesgo de roturas de la presa y de catástrofes asociadas.

Impactos producidos por los embalses de agua

Fuentes de energía de origen solar

Tema 10. Recursos energéticos y minerales3. Energías alternativas

A baja temperatura

A alta temperatura

La conversión térmica consiste en la transformación de la energía solar en energía térmica mediante el calentamiento de un fluido.

Instalación solar de agua caliente mediante colectores planos. Esquema de una central termoeléctrica

solar de tipo torre.

La conversión fotovoltaica consiste en la transformación directa de la energía luminosa en eléctrica debido al efecto fotovoltaico.

Célula fotovoltaica.

Distribución de la potencia instalada en energía fotovoltaica en España.

La arquitectura solar o bioclimática optimiza la energía solar que recibe un edificio mediante una serie de medidas arquitectónicas.

Ejemplo de arquitectura solar.

Esquema del funcionamiento de un aerogenerador.


Energía eólica: se emplean aerogeneradores, que acoplan una dinamo para transformar el movimiento de las aspas en energía eléctrica. Tiene una serie de aspectos negativos:– Provocan muerte a las aves.– Tiene un fuerte impacto visual.– Incrementa la erosión, al

secar el suelo.– Provoca ruidos e

interferencias magnéticas.Actualmente es una fuente

competitiva. Se utiliza como complemento a las energías convencionales. En España, Galicia y Andalucía (Tarifa) son las comunidades con mayor potencial eólico.

Evolución acumulada de la potencia eólica instalada en España entre 1990-2003 (en MW).



• Energía de biomasa: se emplean recursos forestales (leña, madera o desechos madereros), desechos agrícolas (paja, orujo de las aceitunas), desechos animales (excrementos de granjas) y basura (papel, cartón, restos de alimentos) Es una energía renovable si se reforesta la vegetación empleada. Emite poco azufre y deja pocas cenizas.

• Basuras urbanas: aprovecha la incineración de las basuras para conseguir calor o vapor de agua, o transformarlo en energía eléctrica. Para paliar su aspecto negativo se depurará la emisión de partículas sólidas y se filtrarán.


• Transformación en biocombustibles: a partir de residuos orgánicos mediante la acción de bacterias y otros procesos químicos:– Biogás (60% de metano y 40% de CO2), liberado en los vertederos.– Etanol: por fermentación y destilación de cereales, remolacha y caña de

azúcar.– Metanol: a partir de madera, basura, carbón,..– Biodiésel: a partir de semillas de colza, girasol y soja, de aceites

vegetales usados o no, incluso de grasas animales. Es un combustible de alto valor ecológico, pues al quemar emite un 55% menos de contaminantes que el gasóleo convencional

El problema es el cambio a realizar en los motores, lo corrosivo de los alcoholes y la emisión de óxidos de nitrógeno y formaldehído. También los coches arrancan mal en los climas fríos.

Esquema del aprovechamiento de la energía maremotriz.

Se origina por el movimiento de pleamar y bajamar, que hace funcionar una turbina que genera energía eléctrica.

Es la energía mecánica producida por las olas.

Se origina por las diferencias de temperatura, salinidad y densidad.

Energía mareomotriz

Energía óndica Energía de las corrientes submarinas


Esquema de una central termoeléctrica geotérmica.

Yacimientos húmedos

Están asociados a lugares donde los elevados gradientes geotérmicos permiten que el agua del subsuelo alcance su punto de ebullición a poca profundidad.


Yacimientos secos

La energía geotérmica se obtiene a partir de rocas profundas con temperaturas superiores a 300 ºC.

Distribución mundial de las plantas termoeléctricas geotérmicas.



Se obtiene mediante la hidrólisis del agua (aunque está en fase de investigación, pues se necesita mucha energía para conseguir que se produzca la hidrólisis). El hidrógeno obtenido se quemaría para obtener energía, y se podría transportar por gaseoductos mezclado con el gas natural.

Otra forma más avanzada es para producir electricidad directamente en forma de pila de combustible, mezclando hidrógeno y oxígeno con un catalizador, liberándose agua y electricidad (se emplea en automóviles y para en hogares)

Energía del Hidrógeno

Reacción de fusión nuclear


Tema 10. Recursos energéticos y minerales4. Uso eficiente de la energía: medidas de ahorro

• Cogeneración: es la producción combinada de dos tipos de energía a partir de una única fuente de combustible (así se aprovecha el 90% de la energía del combustible)

• Aumentar la eficiencia del sistema eléctrico. Actualmente se pierden 2/3 de la energía transportada. Se deben: – construir nuevas centrales– comprar bombillas y electrodomésticos más eficientes– realizar ecoauditorías en empresas y casas particulares.

• Valoración del coste real de la energía consumida, y de los costes ocultos de la energía.

• Reducir el consumo en los diferentes sectores (el consumo en España en 2004 fue del 39% en el transporte, 31% en la industria y 17% en los hogares)

• Medidas de ahorro personales:– Uso del transporte público.– Empleo de arquitectura pasiva.– Compra de electrodomésticos eficientes.– Aumento del reciclado de vidrio, papel, plásticos,…


• Medidas recogidas en el Plan de Ahorro y Eficiencia Energética 2008 -2011 elaborado por el Ministerio de Industria:– Impulsar la fabricación de vehículos eléctricos (un millón en 2011).– Plan VIVE de renovación de vehículos (240000 de más de 15 años).– Reducción del límite de velocidad en un 20% de media en el acceso a

grandes ciudades.– Aumento del horario en el metro, bajo acuerdo con ayuntamientos y

comunidades.– Promoción del transporte urbano en bicicleta.– Carriles Bus – Vao en ciudades de más de 500.000 habitantes.– Utilización por aviones civiles de las rutas aéreas de defensa.– Limitación de temperaturas en edificios públicos, donde no bajaría de 26ºC

(en verano) ni subiría de 20ºC (en invierno).– Sustitución de bombillas incandescentes por bombillas de bajo consumo.– Reducción en un 50% del consumo de luz en autovías y autopistas.– Se obligará a los vehículos a utilizar un 20% de biocarburantes.– Promover planes de movilidad en centros de la administración con más de

100 empleados.


Bombilla incandescente Bombilla fluorescente compacta (de bajo consumo)

Potencia 60 W 11 w Entrega de luz 720 lúmenes 600 lúmenes Eficiencia 720 lm/60W = 12 lm/W 600 lm/11W = 54,35 lm/W Vida útil 1000 horas De 8000 a 10000 horas

Lámparas necesarias para cubrir 8000 horas de trabajo

8 1

Consumo de energía para 8000 horas de trabajo

60x8000/100 = 480kw/h 11x8000/100 = 88kw/h

Relación del consumo eléctrico 100 18

Bombilla convencional Bombilla bajo consumo Ahorro en Kw1 Ahorro en euros 40 w 9 w 248 35 60 w 11 w 392 55 75 w 15 w 480 67 100 w 20 w 640 90 150 w 32 w 944 132

1 Se pueden sustituir las incandescentes que poseemos en el hogar siguiendo el esquema y con las siguientes rentabilidades económicas durante la vida de la lámpara.

Minerales que acompañan a la mena, pero que no presentan un interés económico en el momento de la explotación.

Recurso explotable que proporciona rendimiento económico.

Se originan cuando determinados elementos químicos aparecen en una concentración superior a la media de la corteza, de forma que pueden ser explotados y tener interés económico.

Mineral del que se extrae el elemento químico de interés.

Cantidad total de mineral que existe en un yacimiento, aunque no sea rentable para la explotación por su baja concentración o ley.

Yacimientos

Mena

Ganga

Recurso

Reserva

Tema 10. Recursos energéticos y minerales5. Recursos minerales


• Recursos metalíferos: se emplean para obtener metales o energía (uranio). Se extraen de yacimientos, que para que sean rentables económicamente han de estar en grandes cantidades (mineral mena), que se explotan en minas. Una vez extraídos se someten a procesos para sacar el mineral y dejar los desechos o escorias. Estos recursos son:– Abundantes: cromo, titanio, aluminio (bauxita), hierro

(oligisto), manganeso (pirolusita),..– Escasos: plata, oro, cobre (calcopirita), plomo

(galena), zinc (blenda), estaño (casiterita), mercurio (cinabrio), uranio,..


• La minería causa grandes impactos:– Contaminación por polvo o gases, acústica, o de

aguas superficiales (Aznalcóllar, P.N. Doñana).– Modificación del uso del suelo.– Alteración de flora y fauna.– Alteraciones geomorfológicas y del paisaje.– Aumento del tráfico

• La ley española obliga a las compañías mineras a realizar una Evaluación del Impacto Ambiental antes de abrir una mina, y al abandonarla han de llevar a cabo un plan de restauración del paisaje.


• Recursos no metalíferos: los podemos agrupar según su uso:– Combustibles fósiles (carbón y petróleo)– Fertilizantes: fósforo (apatito), potasio (silvina

y carnalita), nitrógeno,…– Construcción: en general se denominan

áridos y se obtienen de todas las rocas conocidas:

• Bloques de piedras: arenisca, granito, caliza,…• Rocalla: roca triturada para firme, vías u hormigón.


• Arena y grava: se extraen en las graveras, cerca del curso medio o bajo de los ríos, playas o flechas litorales. Se encarecen por el transporte, para evitarlo se extraen cerca de las ciudades. Los principales impactos que originan son:

– Alteración de la fauna piscícola al enturbiar el agua.– Impacto visual por los montones de arena.– Provoca alteraciones geomorfológicas.– Aparecen lagunas, con lo que aumenta la evaporación,

se contaminan las aguas,…


• Yeso: se obtiene del yeso, al deshidratarlo y pulverizarlo.

• Arcilla.• Vidrio: se derrite cuarzo, sosa y cal a 1700ºC y

después se enfriará rápidamente.

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