tema 13. recursos energéticos y minerales
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TEMA 13
RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINERALES
La energía
Energía es la capacidad de producir trabajo. La energía aparece bajo muchas formas: calorífica, electromagnética, mecánica, potencial , nuclear . . . Los intercambios de energía en los sistemas se rigen por las leyes de la Termodinámica: – 1ª Ley de la Termodinámica – 2ª Ley de la Termodinámica
Tipos de energía
Energías no renovables Energías renovables: Tasa de renovación corta.
Energías convencionales: combustibles fósiles, nuclear e hidroeléctrica. Energías alternativas: energías de bajo impacto ambiental.
El 99% de la energía utilizada en la tierra proviene de forma directa o indirecta del Sol.
Consumo energético mundial
Consumo total (2002) Gasto energético por países
FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES
Ventajas: – Alta Calidad.
Inconvenientes: – Recursos limitados. – Grandes impactos ambientales: energías
sucias. – Fuentes muy localizadas, dependencia de
productores.
Ventajas: – Prácticamente inagotables. – Energías limpias. No producen CO2 – Son autóctonas. – Su uso disminuye el de las no renovables.
Inconvenientes: – Algunas no son fuentes permanentes. – Otras proporcionan energía muy dispersa. – La energía obtenida es difícil de acumular. – La mayoría presentan problemas técnicos y
económicos para su explotación.
FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES
USO DE LA ENERGÍA Calidad de la energía: cuanto más concentrada más calidad.
Calidad Tipo de energía Utilidad
Muy alta Electricidad, Térmica, Luz solar concentrada, Nuclear
Industria, iluminación, motores
Alta Térmica, Gasolina, gas natural, carbón, Comida
Industria, iluminación, motores
Moderada Luz solar, flujo agua, Vientos fuertes, biomasa, Térmica hasta 1000º C
Vapor, electricidad y agua caliente
Baja Térmica a bajas Tª, agua y vientos flojos, Geotérmica dispersa
Calentamiento de casa y locales
Sistema energético: Procesos realizados sobre la energía desde la extracción hasta su uso:
• Proceso de captura • Proceso de transformación: convertidor. • Transporte • Consumo
Rendimiento energético: – Relación energía suministrada/energía
obtenida
Rentabilidad económica de la energía: Viene dada por su accesibilidad, facilidad de explotación y transporte. Coste energético: No tiene en cuenta el coste oculto. Recurso: Estimación teórica de la cantidad total de un combustible. Reserva: Cantidad descubierta de un combustible.
ENERGÍAS CONVENCIONALES combustibles fósiles.
1. Carbón: Combustible abundante pero contaminante.
Central térmica
Reservas de carbón
EEUU es el Arabia Saudí del carbón, aunque China y Rusia también tiene grandes reservas.
Se pueden reducir las emisiones de CO2 instalando sistemas tecnológicos: – Torres lavadoras del carbón. – Unidades catalíticas.
Estos sistemas pierden hasta un 25% de la energía.
Otro proceso que reduce las emisiones contaminantes es la gasificación.
Proceso de desgasificación
Carbón + coque de petróleo + H2O + O2 puro Se bombea la mezcla a un tanque donde se transforma en un gas inflamable (gas de síntesis) que se limpia antes de la combustión (se elimina azufre y también se puede eliminar CO2). Este proceso es más barato que eliminar los contaminantes después de la combustión del carbón.
2. Petróleo:
Formación del petróleo
Producción consumo y principales vías de comercio del petróleo en el mundo
Distribución de las reservas de petróleo
Reservas mundiales de petróleo
Producción de petróleo
Descubrimientos y producción de petróleo
3. Gas Natural
Emisión contaminantes
4. Energía nuclear de fisión:
http://www.elpais.com/graficos/internacional/Energia/nuclear/mundo/elpepuint/20110315elpepuint_3/Ges/
1. El mineral pechblenda se concentra y se moldea en barras.
2. Las barras se introducen en la vasija del reactor.
3. El calor que desprenden los isótopos radiactivos vaporiza agua, que mueve una turbina cuyo giro produce electricidad.
4. Las torres de refrigeración ayudan a controlar la temperatura mediante la circulación de aire. Si no hay refrigeración, la temperatura puede elevarse hasta fundir el reactor.
Central nuclear
Centrales nucleares en España En la peninsula existen 6 centrales nucleares en funcionamiento, dos de las cuales tienen dos reactores (Almaraz y Ascó)
Residuos nucleares
Se pueden tratar de dos maneras: – En ciclo abierto: se almacenan en piscinas a
la espera de su confinamiento geológico. España o EEUU.
• 1ª Barrera, química: solidificación residuo. • 2ª Barrera, física: empaquetamiento en bidones. • 3ª Barrera, de ingeniería: instalaciones. • 4º Barrera, geológica.
– En ciclo cerrado: se reprocesa el combustible para volver a utilizarlo (reprocesamiento). Francia, Reino Unido, Japón e India.
Reprocesamiento
Es el tratamiento químico del combustible irradiado para volver a ser utilizado como combustible en los reactores nucleares. Se recupera el 96% del material reciclado. Únicamente se puede utilizar en los llamados reactores rápidos que son más caros.
Moratoria nuclear
En 1982 el gobierno socialista decreto una moratoria nuclear que contempla la una suspensión temporal en la construcción y puesta en marcha de nuevas centrales. Debido a esta moratoria, en España la factura eléctrica incluye un canon para las grandes compañías eléctricas en compensación por las tremendas inversiones realizadas, y de las que ahora no podrían obtener beneficios al haberse anulado los permisos de manera unilateral.
Almacén temporal centralizado
En nuestro país existe un centro de almacenamiento de residuos radioactivos de baja y media actividad en el Cabril (Cordoba). En diciembre de 2011 se designo el municipio de Villar de Cañas (Cuenca) como la sede del Almacén Temporal Centralizado (ATC) de residuos radiactivos de alta actividad. El ATC debiera haber estado en funcionamiento en el año 2011 (albergará el combustible procedente del desmantelamiento de las centrales de Vandellós (2010), Garoña y Zorita). La Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (Enresa) esperaba poder empezar a construirlo a finales de 2014 de forma que, a últimos del año 2017, pudiera estar operativo.
Opinión de la sociedad sobre la energía nuclear
La dependencia de regímenes de dudosa fiabilidad como la propia Rusia o los estados árabes, hace que los ciudadanos de la UE miren con menos reticencia la energía nuclear.
España permanece como reducto antinuclear con un apoyo de sólo el 24%.
Accidentes nucleares
5. Energía nuclear de fusión: Energía alternativa.
Es el proceso energético del Sol y las estrellas. Sólo se ha conseguido utilizar con finalidades bélicas (bomba hidrógeno).
6. Hidroeléctrica:
ENERGÍAS ALTERNATIVAS
1. Energías procedentes del sol: se aprovechan con finalidad energética por dos vías, la vía térmica y la fotovoltaica.
1. Energía Solar
A) Vía térmica – Sistemas de baja temperatura:
• Sistemas arquitectónicos pasivos • Sistemas activos con paneles o colectores solares
– Sistemas de media temperatura: Colectores de concentración.
– Sistemas de alta temperatura: centrales solares termoeléctricas de receptor central o centrales solares de tipo torre central.
B) Vía fotovoltaica.
Sistemas de baja temperatura: Sistemas arquitectónicos pasivos y paneles solares
Casas geosolares
Sistemas de alta temperatura: Centrales térmicas solares
Energía solar fotovoltaica
2. BIOMASA
La energía de la biomasa procede del Sol. Hasta finales del siglo XVII la biomasa (madera y carbón de madera) era la principal fuente de energia. En España es la energía renovable más utilizada después de la hidraúlica. La energía de la biomasa puede recuperarse de dos formas: Combustión directa Transformándola en combustible (Biocombustibles).
Tipos de biomasa
Biomasa natural: procedente de ecosistemas silvestres. Biomasa residual: residuos de actividades urbanas, industriales, agrícolas o forestales y ganaderas. Biomasa de cultivos energéticos. Cultivos de especies de rápido crecimiento con fines energéticos.
Transformación de biomasa en energía
Procesos termoquímicos: – Combustión directa – Carbonización: carbón vegetal.
Procesos bioquímicos: – Fermentación anaerobia: biogas – Fermentación alcohólica: bioetanol (gasohol) – Obtención de biodiesel
Biomasa energética
Se obtiene energía a partir de ella por procesos termoquímicos: Combustión directa de madera, paja, pellets o briquetas para uso doméstico o industrial (centrales térmicas de biomasa) Carbonización o transformación en carbón vegetal.
Biogas
Mezcla de metano (CH4) y CO2. Se obtiene por la descomposición anaerobia bacteriana de residuos de celulosa en digestores o fermentadores (por ej. en depuración aguas residuales) Se puede utilizar como combustible doméstico o para generación electricidad.
Usos de la biomasa
Bioalcohol (biocombustible)
El bioetanol se produce por acción de las levaduras (fermentación) de restos vegetales ricos en sacarosa (caña de azúcar, melaza, sorgo), en almidón (granos de maíz, cebada, trigo, papa), o en celulosa (pastos, pajas, maderas, y algunos residuos agrícolas). El bioalcohol obtenido se utiliza bien puro o mezclado con gasolina (gasohol) como combustible para transporte.
Biocombustibles (Biodiesel)
Biodiesel Biocombustibles
Se obtienen de aceites vegetal (de soja, girasol, colza, palma..) nuevo o usado, o de grasas animales. Puede usarse puro o mezclado con gasoil como sustituto del combustible fósil.
Usos de los biocombustibles
Ventajas e inconvenientes de la biomasa
Energía renovable.
No emite contaminantes de azufre o nitrógeno (disminución efecto lluvia ácida).
Ciclo cerrado de CO2. Disminuye efecto invernadero.
Energía relativamente económica.
Disminuye la dependencia energética externa.
Recursos dispersos. Necesita planificación recogida. Efectos negativos derivados de la necesidad de transporte.
Ocupa gran volumen. Planificación almacenamiento y transporte.
Destrucción espacios naturales, sobreexplotación cultivos y encarece alimentos.
Contaminación por uso fertilizantes y plaguicidas.
4. ENERGÍA EÓLICA
5. ENERGÍA DE LAS OLAS Y MAREAS
6. ENERGÍA GEOTÉRMICA
8. PILA DE HIDRÓGENO
El hidrógeno no se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por catálisis del gas natural y por electrolisis. Hoy en día aproximadamente el 95% del H2 se obtiene a partir de combustibles fósiles. Económicamente no es competitivo y se produce CO2 durante su producción.
8. PILA DE HIDRÓGENO
Pila de Hidrógeno
La celda de combustible es un dispositivo que produce electricidad y agua mediante un proceso inverso a la electrólisis.
Pila de combustible Hidrógeno + Oxígeno → Electricidad + agua
Electrólisis Electricidad + agua → Hidrógeno + Oxígeno
Estructura de una celda de combustible
Obtención de H2 a partir de energía solar
Los paneles fotovoltaicos alimentan un electrolizador. El O2 se libera y el H2 se almacena. E n una pila de combustible el H2 y O2se combinan y generan electricidad. El único subproducto de este proceso es H2O pura
USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA
MEDIDAS GENERALES: – Desarrollo de nuevas tecnologías que sustituyan las
energías no renovables – Tasa de explotación de los recursos renovables menor
que la velocidad de regeneración. – Educación en el ahorro del consumo. – Incentivos económicos para la instalación y uso de
energías renovables. – Aumento de la eficiencia del sistema energético. – Valoración del coste real de los costes ocultos de la
energía.
MEDIDAS PERSONALES
RECURSOS MINERALES
Recursos metalíferos: se emplean en la obtención de metales y de energía (uranio). Los metales no se hallan en estado puro, de modo que el mineral que los contiene ha de someterse a procesos de extracción. El resto se desecha como escorias.
Recursos no metalíferos: – Minerales usados como fertilizantes – Rocas empleadas en la construcción (áridos):
• Bloques de piedra, rocalla, arena y grava • Cemento, hormigón, yeso, arcillas • Vidrio.
IMPACTOS DE LA MINERIA Contaminación:
– Atmosférica: polvo, gases – Acústica: ruidos maquinaria y voladuras – De aguas superficiales y de acuíferos: por escorrentía y lixiviación de
partículas y elementos tóxicos.
Eliminación del suelo y destrucción de ecosistemas. Daños sobre flora y fauna por eliminación directa o por destrucción de su hábitat. Destrucción del paisaje. Incremento del riesgo de caída de laderas, subsidencias o colapsos.
La legislación española obliga a un EIA previo al establecimiento de la actividad y a una restauración del paisaje una vez abandonada la actividad.