Unidad 13: Recursos energéticos y minerales.

Energía.

Los intercambios de energía se rigen por las leyes de la termodinámica:

• 1ª ley: de la conservación de la energía.

• 2ª ley: del incremento de la entropía en todo intercambio espontáneo.

Uso de la energía.La energía disponible depende de:• Un acceso fácil a la fuente.• La rentabilidad económica.

Es la capacidad de realizar un trabajo.Formas de energía: calorífica, electromagnética, mecánica, potencial, química, nuclear.

Tipos de energía según su calidad.Es de mayor calidad la energía más concentrada, es decir, tiene mucha

capacidad de producir trabajo en relación a su masa o volumen. Por ejemplo: petróleo, carbón.

Es de menor calidad la energía dispersa en grandes volúmenes. Por ejemplo: el calor almacenado en los mares, los vientos suaves.

Calidad Tipos de energía UtilidadMuy alta Electricidad, térmica (>2500ºC),

nuclear, luz solar concentradaIndustria, iluminación, motores

Alta Térmica (1000-2500ºC) comida, gasolina, gas natural, carbón

Industria, producir electricidad, vehículos

Moderada Térmica (100-1000ºC), luz solar, agua a alta velocidad, viento fuerte, madera, restos orgánicos

Procesos industriales sencillos, cocinar, obtener electricidad, agua caliente, vapor

Baja Térmica (<100º), agua a velocidad lenta, viento suave, geotérmica dispersa.

Calentamiento de edificios

Calidad de la energía.Las energías más concentradas son las de más fácil utilización.

Pero no por eso deben utilizarse siempre, pues supone costes elevados en el proceso de concentración.

El uso de energía de cierto nivel corresponde a la tarea concreta que realicemos: si usamos energía de un nivel superior estamos despilfarrando.

Por ejemplo, actividades cotidianas como calentar casas, agua y comida a temperaturas <100ºC es un despilfarro (energético) hacerlo con electricidad. Al utilizar energía altamente concentrada como la eléctrica se hace un gasto extra de energía.

Calidad de la energía.

Depende de:• Su accesibilidad.• Su facilidad de

extracción y de transporte.

Rentabilidad económica.El precio es un factor muy importante al elegir la fuente energética, pues usaremos la más barata.

Sistema energético.Es un conjunto de procesos realizados sobre la energía desde sus

fuentes hasta el uso final.Fases:1. Captura o extracción: conseguir la energía de su fuente original,

como por ejemplo perforar un pozo petrolífero.2. Transformación en energía secundaria, que es la energía que se

puede utilizar, como por ejemplo en una refinería.3. Transporte de la energía secundaria hasta el lugar de consumo. Por

ejemplo: gaseoducto, camiones cisterna.4. Consumo de energía secundaria. Por ejemplo, usar el coche.

Sistema energético.

Sistema energético.Convertidor: componente del sistema energético (presa, caldera, motor)

que transforma una forma de energía en otra. Por ejemplo los organismos fotosintéticos son convertidores biológicos, que transforman energía lumínica en energía química.

Los convertidores forman una cadena por la que circula la energía que va transformándose. En cada eslabón (cada conversión) se pierde energía.

Cuanto más largo sea el sistema energético de transformación, más pérdidas de energía tendrá (será más ineficiente).

Rendimiento de un sistema energético.Rendimiento = E obtenida / E suministrada Rendimiento = Salidas / entradas

Siempre es <100% porque hay pérdidas inevitables (el incremento de entropía). También hay pérdidas corregibles técnicamente, como son imperfecciones, defectos o fallos de funcionamiento.

Si la energía es barata no se suelen tener en cuenta.

Sistema energético.

Coste energético. Es el precio que pagamos por utilizar la energía secundaria (el recibo de la luz, el precio del gasoil).

También hay costes ocultos, asociados a las instalaciones del proceso energético. Son los impactos ambientales de las diferentes fases: construcción, mantenimiento, desmantelamiento, eliminación de los impactos producidos (ej. nucleares, minería abierta), posibles accidentes (ej. mareas negras).

Responde pág. 325: Gastos energéticos implicados en el consumo de un bote de refresco.

Energía necesaria para comprimir el gas del refresco.

E empleada para conseguir el agua que lleva.E eléctrica para conseguir el aluminio de la lata

(por electrólisis).E para fabricar la pintura de la lata (cromo).E para fabricar el producto (el refresco).E para almacenar el producto.E para enfriarlo (ej. máquinas expendedoras al

sol, enfriando continuamente) y para construir la propia máquina.

E para deshacerse del bote como residuo (aunque sea reciclable, no se recicla siempre).

E para transporte y publicidad.

Actividad 1 pág. 325: Evolución del consumo de energía desde la Revolución Industrial hasta el s. XXI.

a) Evolución de los diferentes tipos de energía.

En cada época ha habido un tipo de energía dominante, que empezaba a decaer al aparecer otro nuevo tipo de energía que la sustituyese:

1º madera desaparición de los bosques ingleses por la R industrial

2º carbón agotamiento de reservas3º petróleo agotamiento de reservas,

que son mayores4º gas natural agotamiento de

reservas, que son mayores aún5º nuclear6º renovables

Actividad 1 pág. 325: Evolución del consumo de energía desde la Revolución Industrial hasta el s. XXI.

b) Describe los % actuales y la tendencia futura.• Renovables identificadas: 3%, tendencia ascendente desde 2015• Biomasa tradicional: 9%, tendencia descendente.• Nuclear e hidroeléctrica: 10%, ligero aumento• Gas natural: <20%, estancamiento y descendente desde 2020.• Carbón: 24% tendencia muy descendente• Petróleo: 34% estancamiento hasta 2020 y caída muy en picado.Se plantea el gas natural como alternativa mientras se desarrollan otras

energías (hidrógeno y solar). Es una predicción basada en datos actuales. (Predicciones de los años 60 suponían un crecimiento de la nuclear).

c) Conclusiones.Actualmente dependemos de los combustibles fósiles. Es posible una

evolución hacia otras fuentes de energía. Cada sociedad tiene asociado un consumo energético: preindustrial

(madera), industrial inicial (carbón), industrial posterior (petróleo).

Fuentes de energía.

Energías Convencionales Carbón, petróleo, gas natural, nuclear de fisión, hidroeléctrica

Alternativas Solar (centrales solares, arquitectura bioclimática, fotovoltaica), biomasa (RSU, biocombustibles), eólica, mareomotriz, geotérmica, H2, nuclear

de fusión.

Combustibles fósiles.Recurso es la cantidad total que hay en la

corteza terrestre de cierto combustible fósil o mineral. Es una cantidad fija. Viene determinada por los procesos geológicos.

Reserva es la cantidad de un combustible fósil o mineral cuya explotación resulta económicamente rentable.

Actualmente, casi el 80% de la energía comercial mundial procede de los combustibles fósiles, con los problemas de contaminación y aumento de efecto invernadero.

Es necesario sustituirlos por otras energías alternativas con menor impacto, pues se agotarán (su uso no es sostenible).

Actividad 4 pág. 326: Consumo de energía por habitante y año.

a) Consumo medio mundial (1996). Comparación entre regiones.El consumo medio mundial/habitante está en torno a 1,5 TEP.Los países desarrollados están muy por encima de la media y los

pobres por debajo: hay grandes diferencias asociadas al nivel de vida.

b) Ordenar de mayor a menor consumo. Causas de las diferencias.Países de la OCDE > UE de los 15 > España > Media mundial > América

Latina > África > AsiaLas diferencias están relacionadas con el nivel de vida.c) Tendencia desde 1974.• Países desarrollados: altibajos, y actualmente en aumento.• España: fuerte incremento.• Media mundial: se mantiene.• Países pobres: aumento muy ligero.

Actividad 4 pág. 326: Consumo de energía por habitante y año.

d) Consecuencias ambientales.Si todos los países alcanzaran el mismo nivel de vida, se dispararía el

consumo energético.Los gobiernos se enfrentan a un incremento casi exponencial de la

demanda (en los países pobres), y muchos se plantean como solución barata la energía nuclear.

Una mejor solución sería (aunque más costosa) investigar en energías alternativas y tecnología eficiente, que proporcionen mismo nivel de vida a un coste energético menor.

El problema de los países europeos (incluida España) es que no tienen reservas suficientes para la demanda energética.

Las soluciones son:• Comprar los combustibles fósiles a los exportadores.• Racionalizar su consumo.• Invertir en I + D de tecnologías limpias y renovables, para conseguir

una transición gradual hacia nuevos sistemas.

Carbón.Su origen son los restos vegetales acumulados en condiciones

anaerobias (fondo de pantanos, lagunas o deltas), donde fermentaron por acción bacteriana, dando carbón, metano y CO2. Para evitar la putrefacción de los restos vegetales deben ser enterrados rápido (por movimientos tectónicos).

Tipos: turba lignito hulla antracita grafito(En orden creciente de antigüedad y poder calorífico).

Es muy abundante (1012 Tm): hay reservas para 220 años al ritmo actual de consumo.

Carbón.

Desventajas:• Alto contenido en S, contaminante y causante de la lluvia ácida.• Extracción: minas a cielo abierto (gran impacto y restauración

cara) y minas subterráneas (con mayor riesgo para los mineros, problema de las escombreras de estériles y la contaminación de agua y aire).

Uso: Se emplea para obtener energía eléctrica en las centrales térmicas (30% de la electricidad viene del carbón) y en la industria siderúrgica.

Carbón.Actualmente se intentan minimizar sus impactos mediante

diversas estrategias:• Sustitución por otro con menor contenido en S.• Procesar el carbón para eliminar el S.• Diseñar centrales térmicas con sistemas de eliminación de

compuestos del azufre de los gases emitidos.

Petróleo.Se origina por la muerte masiva del

plancton marino y sedimentación junto a cienos y arenas, dando barros sapropélicos. Los cienos y las arenas dan rocas que se impregnan de hidrocarburos (formados por la fermentación de materia orgánica).

El petróleo es poco denso y aflora a superficie donde se disipa, pero cuando tropieza con rocas impermeables se acumula en las rocas subyacentes, que sirven de almacén.

Petróleo.

Se extrae el crudo (mezcla de hidrocarburos) de los yacimientos, y debe refinarse.

Petróleo.El proceso de refinado es una

destilación fraccionada: se aumenta progresivamente la temperatura para separar las diferentes fracciones con diferente punto de ebullición, que a su vez serán sometidas a otros tratamientos:1º gases (metano, etano, propano)2º líquidos (gasolina, nafta, queroseno)3º sólidos (alquitranes y betunes), que se depositan.

Petróleo.

El transporte se lleva a cabo mediante oleoductos y petroleros (lo que conlleva riesgo de accidentes).

Petróleo.Se emplea en usos:• Domésticos: calefacciones, calderas.• Transporte: automóviles, aviones (requiere

la existencia de gasolineras).• Industriales.• Obtención de electricidad en centrales

térmicas.• Fabricación de derivados: fertilizantes,

plásticos, pinturas, medicinas.Las reservas mundiales se reparten así: Europa (2%), Ex URSS (7%), África (9%), Asia y

Oceanía (4%), Oriente Medio (Arabia Saudí 18%; Irak 11%;

Emiratos Árabes 11%; Irán 10%; Kuwait 10%; otros 3%),

América (EEUU 3%; México 4%; Venezuela 6%; otros 4%).

Gas natural.Su origen es la fermentación de la materia

orgánica acumulada entre los sedimentos. Es una mezcla de hidrógeno, metano, butano, propano y otros.

Su extracción es sencilla, pues el gas fluye solo, por la presión de los sedimentos.

El transporte se realiza con gasoductos, que aunque suponen una fuerte inversión, son sencillos y su riesgo es bajo. El peligro es la posibilidad de escape de metano (gas con fuerte efecto invernadero). También se transporta en barco (como gas licuado), que tiene el peligro de un accidente por explosión.

En España viene de Argelia por gaseoductos.Cuando no hay infraestructura para

transportarlo, se pierde. Por ejemplo, el gas que acompaña siempre al petróleo se quema en el mismo pozo de extracción.

Gas natural.Se emplea en usos:• Domésticos: calefacción y

cocina.• Industriales.• Centrales térmicas,

sustituyendo al carbón (no emite SO2).

Se plantea como combustible ideal para la transición a otras energías renovables, al ser menos contaminantes y del que quedan mayores reservas.

Reservas mundiales de gas natural.

Fisión nuclear.Ha pasado de ser considerada la

solución energética mundial a ser una de las más problemáticas.

Causas:• Enormes costes de construcción y

mantenimiento de las centrales nucleares.

• Frecuentes fallos y paradas de los reactores.

• Sobreestimación de la demanda eléctrica.

• Mala gestión.• Accidentes. (Chernobyl, 1986:

contaminación muy grave en 100 km que se detectó en Suecia).

• Residuos radiactivos peligrosos y de larga duración.

Central de Chernobyl tras el accidente.

Fisión nuclear.Funcionamiento del reactor nuclear:Se produce la división del núcleo de U-235 por impacto de un neutrón

en 2 núcleos. Se liberan:• Energía, que se aprovechará calentando agua que moverá turbinas.• Neutrones más rápidos, que pueden chocar con nuevos U-235 y

romperlos (en una reacción en cadena, por retroalimentación positiva, que es la base de la explosión atómica).

Para evitar la reacción en cadena, se introduce un moderador entre el combustible nuclear que absorba los neutrones emitidos. Este material moderador es agua (75%), grafito sólido (20%) y agua pesada D2O (5%).

Fisión nuclear.Para que no salga radioactividad fuera del reactor se usan varios circuitos

independientes entre sí:• Circuito primario en contacto con el reactor y el material radiactivo.

Se recicla y no sale del reactor.• Circuito secundario es el que enfría al primario. Se convierte en

vapor, que impulsa turbinas y genera electricidad.• Circuito terciario Se emplea para licuar el vapor del circuito

secundario. Se hace con agua que se vierte al exterior.

Fisión nuclear.

Combustible nuclear:• Se obtiene del isótopo U-235, separándolo del uranio nativo y se enriquece

con Pl -239. Se fabrican barras.• Se utilizan las barras durante unos 3-4 años, hasta que la concentración en

U-235 es demasiado baja como para mantener la reacción de fisión.• Se retiran y almacenan en una piscina dentro del reactor.• Se transportan a centros de reprocesado, donde se extrae el plutonio y

otros elementos de vida media corta. Aquí existe el riesgo de robo y de fabricación de bombas atómicas.

• El resto de residuos seguirán activos unos 10.000 años.

Impactos de una central:•No debería producir contaminación radiactiva.•Afecta al microclima local: aumenta el calor y la humedad.•Altera los ecosistemas acuáticos al elevar la temperatura del agua (lo que disminuye el oxígeno disuelto).

Fisión nuclear.Fisión de torio.• Actualmente se investiga la reacción de fisión del torio-232, que

presenta algunas ventajas con respecto al uranio:• No se amplifica sola: requiere inyección continua de neutrones para

mantenerse, de lo contrarios se detiene automáticamente, con lo que el riesgo de accidentes es menor.

• Los restos de torio son menos peligrosos que los de plutonio.

Fisión nuclear.Energía nuclear en España:Cofrentes (Valencia); Vandellós 2, Ascó 1 y 2 (Tarragona); Garoña (Burgos);

Trillo, Zorita (Guadalajara); Almaraz 1 y 2 (Cáceres).

Fisión nuclear: Energía nuclear mundial.

Energía hidroeléctrica.Indirectamente procede del sol, que es el motor del ciclo del

agua.Se captura y se transforma la energía potencial del agua que

fluye hacia el mar desde las montañas, gracias a los embalses. Al abrir las compuertas de los embalses, al agua hace girar unas turbinas conectadas a una dinamo que transforma energía mecánica en energía eléctrica.

Energía hidroeléctrica.Ventajas:• Bajo coste de explotación y de mantenimiento.• No emite contaminación.• Regula el caudal de los ríos (laminación del caudal frente a

inundaciones) y favorece el aprovechamiento del agua.

Energía hidroeléctrica.Inconvenientes:• Reduce la biodiversidad.• Dificulta la emigración de peces y la navegación fluvial.• Dificulta el transporte de nutrientes aguas abajo: reduce la fertilidad de las

llanuras de inundación.• Reduce el caudal de los ríos.• Modifica el nivel freático.• Varía la composición química del agua embalsada.• Varía el microclima local.• Las aguas embalsadas pueden sufrir eutrofización.• Acelera la erosión tanto aguas arriba (al elevar el nivel de base) como

aguas abajo (pues el agua sin carga es más erosiva). El material erosionado aguas arriba colmata la presa.

• Riesgo de rotura de la presa que provocaría una catástrofe.• Grandes costes de construcción: traslado de población, pérdida de tierras

fértiles.Una posible alternativa a las grandes presas son las minicentrales

hidroeléctricas.

Actividad 5 pág. 332: Consumo de energía en España.

Aunque la producción nacional ha aumentado ligeramente, el consumo se ha disparado, por lo que la dependencia del exterior es ahora mucho mayor que en 1980.

Por otra parte, según muestra la tabla 13.3, dependemos del exterior para las fuentes no renovables: petróleo, carbón y gas natural.

a) Grado de dependencia del exterior de consumo energético en España. Evolución desde 1980.En el año 1980, la producción fue de unos 18 millones de TEP y el consumo fue de 82 millones. (Es decir 82-18= 64 millones tuvieron que importarse del exterior). 64/82 = En el año 2005, la producción fue de 22 millones de TEP, y el consumo aumentó mucho, fue de 170 millones, por lo que se importaron 170-22= 148 millones de TEP del exterior. 148/170=

Actividad 5 pág. 332: Consumo de energía en España.

b) Cambios en los porcentajes de consumo de diferentes fuentes. Posibles causas.

• Petróleo: reducción desde 73% hasta un 50%.• Carbón: reducción leve, del 20% al 16%.• Nuclear: fuerte aumento del 2% al 11%.• Gas natural: fuerte aumento del 2% al 20%.• Hidráulica, eólica y fotovoltaica: reducción del 3,7% al 2,5%.La fuerte reducción del petróleo se debió a la crisis del petróleo del

año 1973, cuando la OPEP redujo la producción, lo que aumentó mucho su precio. Lo hizo como protesta de la invasión de Israel a Palestina.

En cuanto a las renovables, su producción total ha aumentado, pero al haber aumentado mucho más el consumo, el porcentaje sobre el total es menor.

Actividad 5 pág. 332: Consumo de energía en España.

Inconvenientes VentajasPetróleo No renovable, contaminante,

dependencia del exterior, pocos depósitos (difícil de almacenar)

Alto poder energético, barato (¿?)

Carbón No renovable, contaminante, dependencia del exterior, costes de extracción

Fácil de almacenar y transportar, barato

Nuclear Riesgo de accidentes, residuos, costes de construcción de la central

No contamina, gasta poco uranio, autoabastecimiento

Gas natural No renovable, contaminante (menos que carbón y petróleo), pocos depósitos

Mayores reservas, fácil transporte

Hidráulica Costes altos de construcción, alteración de sedimentación y erosión, riesgo de rotura

No contamina, renovable, regula caudal

c) Ventajas e inconvenientes de las fuentes de energía.

Actividad 5 pág. 332: Consumo de energía en España.

d) ¿Qué ventajas económicas y ecológicas tendría un aumento de las renovables?

• Reducción de la contaminación.• Freno al aumento del efecto

invernadero.• No se agotan.• Independencia del exterior (no

depender del precio del petróleo que ponen los países exportadores).

• España podría exportar tecnología en renovables.

Actividad 6 pág. 332: La presa de Asuán, en Egipto.

Ha supuesto para el país algunas ventajas:• Genera la mitad de las necesidades de energía de Egipto.• Ha liberado de las inundaciones estacionales.

Actividad 6 pág. 332: La presa de Asuán, en Egipto.Pero también muchos inconvenientes:• Coste altísimo de construcción, con pérdidas de suelo y gastos de

traslado de monumentos (por ej. el templo de Debod, en Madrid).• Reducción de la fertilización de las llanuras de inundación, lo que

ha provocado un gasto adicional al tener que importar fertilizantes.• Reducción de materia prima para industrias de ladrillos.• Reducción de las pesquerías costeras de sardinas, dependientes de

los nutrientes del Nilo.• Pérdida del delta del Nilo.• Aumento de problemas de encharcamiento y salinización (el 35%

de la superficie cultivada de Egipto sufre exceso de agua).• Aparición de la esquistosomiasis

(enfermedad parasitaria transmitida por el agua).

Schistosoma mansoni

La presa de Asuán, Egipto.Traslado del templo excavado en roca de Abu Simbel.

La presa de Asuán, Egipto.

Formalmente, el Templo de Debod fue un regalo que Egipto le hizo a España en 1968, en compensación por la ayuda española, tras el llamamiento internacional realizado por la UNESCO para salvar los templos de Nubia, principalmente el de Abu Simbel, en peligro de desaparición debido a la construcción de la presa de Asuán.

Egipto donó cuatro de los templos salvados a distintas naciones colaboradoras: Dendur a los Estados Unidos (está actualmente en el Museo Metropolitano de Nueva York), Ellesiya a Italia, Taffa a Holanda y Debod a España.

Templo de Debod, Madrid.

Actividad 6 pág. 332: La presa de Asuán, en Egipto.a) Causa de la fertilidad del valle del Nilo.Las inundaciones anuales anegaban campos cercanos al Nilo y los cubrían con una capa rica en nutrientes.b) Beneficios y perjuicios de la construcción del embalse.Beneficios:• Laminación del caudal: desaparición de las inundaciones y mayor disponibilidad de agua para riego.• Producción de energía eléctrica.Perjuicios:• Colmatación del embalse con sedimentos fluviales (lo que también destruye el delta, produce

eutrofización y pérdida de riqueza pesquera).• Aumento del uso de fertilizantes (mayor contaminación).• Transmisión de la esquistosomiasis.• Conflictos sociales: guerra del agua.c) ¿Qué medidas se deberían adoptar en estos casos?Medidas de minimización de impactos ambiental.

ENERGÍAS ALTERNATIVAS.

La mayoría de las energías renovables dependen del sol:

Sol Energía solar directa Térmica

Centrales solares térmicas

Sistemas arquitectónicos pasivos

Lumínica

Fotovoltaica (células)

Fotoquímica (biomasa)

Energía solar indirecta

Viento

Olas

Hidráulica

Renovables y de bajo impacto ambiental. Los factores que se consideran son: su disponibilidad actual, su coste económico (deben ser competitivas) y la existencia de infraestructura necesaria para su uso (si hay que construirla o sirva la de otras energías).Muchas son rentables localmente, pero no a gran escala.

Energías renovables en España.

Sistemas arquitectónicos pasivos.Un diseño adecuado de los edificios (que muchas veces coincide con la

arquitectura tradicional de cada zona) permite que las casas se calientes o se enfríen pasivamente, ahorrando mucha energía y dinero.

La arquitectura bioclimática tiene en cuenta diversos factores:• Orientación.• Espesor de los muros.• Tamaño de las ventanas.• Materiales de construcción.• Tipo de acristalamiento.

Solar pasiva

Solar activa

Centrales térmicas solares.

En estas centrales se captura y se concentra la luz solar mediante un colector, que puede ser:

• Un disco parabólico que concentra la luz en un punto.• Un conducto parabólico que enfoca la luz en una línea.• Un conjunto de espejos planos que reflejan la luz a un punto.Este calor concentrado sirve para calentar aceite (hasta 400ºC), que

calentará agua en otro circuito y la transformará en vapor que moverá una turbina.

Energía solar fotovoltaica.

Las células fotovoltaicas se diseñaron inicialmente para poder suministrar energía eléctrica a naves y satélites espaciales.

En una célula fotovoltaica tiene lugar la conversión directa de la luz solar en electricidad: el silicio (semiconductor) absorbe fotones y proporciona una corriente de electrones.

La fabricación de las células es muy cara (la obtención del silicio monocristalino), y cualquier defecto en el cristal impide su uso. Se investiga el uso de silicio policristalino y amorfo, que es más barato pero menos eficiente.

Centrales solares fotovoltaicas.Ventajas:• No contamina.• No genera ruido, pues no hay

movimiento.• No requiere agua.• Cuando no hay red eléctrica,

puede ser rentable (por ej. en países en desarrollo).

Inconvenientes:• Requiere espacio para su

instalación.• Tiene impacto visual.• La producción es variable

(según la nubosidad).

Energía solar en España: días soleados.

Biomasa.

Puede emplear productos:• Forestales: leña, madera,

desechos madereros.• Agrícolas: paja, alpechines,

cáscaras.• Ganaderos: excrementos de

granjas.• Residuos urbanos: papel,

cartón, restos de alimentos.

Incluye cualquier tipo de materia orgánica que se pueda quemar (directamente o transformada en otros combustibles como el biogás).

Biomasa.Ventajas: • Renovable si se explota

sosteniblemente.• Barata, pues emplea desechos de

otras actividades.• Limpia: sólo emite CO2, pero no

contribuye al aumento del efecto invernadero, pues emite la misma cantidad de CO2 que absorbió durante la fotosíntesis.

Inconvenientes:• Suele tener un alto contenido en

residuos no utilizables.• Transporte caro e ineficiente, por

lo que conviene utilizarla cerca del punto en que se genera.

Biomasa: biomasa energética y biogás.Biomasa energética: Para calentarse y cocinar, la quema directa de leña supone el

80% de la energía consumida en los hogares en países en desarrollo.

Calefacción o agua caliente a partir de residuos forestales o agrícolas, pellets y briquetas (restos vegetales compactados).

Obtención de electricidad en centrales térmicas.

Biomasa: biomasa energética y biogás.

Biogás: • Se obtiene por fermentación anaerobia de restos orgánicos

(ganaderos, lodos de depuradoras, parte orgánica de los RSU o industriales) en un digestor.

• Es una mezcla de metano con otros gases en menor proporción (hidrógeno, nitrógeno y sulfhídrico).

Biocombustibles (bioetanol y biodiesel).Carburantes líquidos que proceden de la transformación de biomasa.1. Bioetanol.• Se obtiene por fermentación alcohólica de vegetales ricos en almidón

(cereales y patatas) o en sacarosa (remolacha y caña de azúcar). Está muy desarrollado en Brasil.

• Tras destilarse y deshidratarse el combustible es similar a la gasolina y se puede mezclar con ella, tras una adaptación en los motores. Un problema es que cuestan más de arrancar en frío y tiene menor rendimiento que la gasolina.

• El balance total del CO2 emitido es menor que para los combustibles fósiles, aunque no es cero, pues al fermentarlo, destilarlo y transportarlo también se emite CO2.

Biocombustibles (bioetanol y biodiesel).

2. Biodiésel.Se someten aceites vegetales a una esterificación metílica (con alcohol y NaOH),

con lo que se obtiene un combustible que puede usarse en motores diésel preparados o se refina y sirven para cualquier motor diésel.

Se obtiene a partir de aceites como el de colza, girasol, soja, palma, ricino o reciclando aceites de fritura usados o grasas animales.

• Su uso supone una reducción de las emisiones de CO2, óxidos de azufre y partículas, aunque aumentan las emisiones de los óxidos de nitrógeno.

• Es biodegradable y menos inflamable que el gasóleo.Desventajas: los motores cuestan más de arrancar en frío, se reduce la potencia

del motor y aumenta el consumo.

Biocombustibles (bioetanol y biodiesel).

Debate social sobre el uso de los biocombustibles.Se plantean como alternativa al petróleo en el transporte, pues emiten menos CO2 que él. Pero hay otros muchos impactos que hacen que no sean combustibles “ecológicos”:• Consumo de agua para el riego.• Uso de plaguicidas y pesticidas.• Combustible empleado en maquinaria agrícola y en el transporte hasta la fábrica.• Consumo de energía en el procesado y transporte del biocombustible.• Al sustituir a cultivos alimentarios, en muchos lugares ha aumentado el precio de la

comida.• Pueden suponer una pérdida de biodiversidad al deforestar el bosque tropical para

cultivar palma aceitera.

Debate social sobre el uso de los biocombustibles.

Posibles soluciones:Obtener biocombustibles de productos que no sirvan para alimentación

humana, como la celulosa de hierba, virutas de madera, restos de cultivos o algas.

Las algas crecen 30 veces más rápido que muchos vegetales y tienen un alto porcentaje de su peso en aceite, con lo que el rendimiento es mayor. El cultivo de algas puede resultar un buen sumidero de CO2.

Cultivos de algas.

Energía eólica.Los aerogeneradores convierten energía mecánica en eléctrica

mediante una dinamo. Esta energía no emite ninguna contaminación.

En España las zonas más propicias son: Galicia, La Mancha y Tarifa.

Energía eólica.Desventajas:• Impacto visual.• Muerte de aves.• Aumento de la erosión, pues seca la

superficie de suelo cercana.• Puede producir ruidos e interferencias

cuando las aspas son metálicas.• Producción energética variable, pues

depende del viento. Por ello se usa como complemento de otras fuentes.

Esta energía es competitiva actualmente gracias a:

• Mejoras técnicas en la producción en serie de los aerogeneradores

• Escoger buenos emplazamientos.• Aprovechar para realizar las paradas

de mantenimiento en los períodos de viento flojo.

Energía mareomotriz.

Las mareas son producidas por las interacciones entre la Tierra y la Luna. Sólo será rentable aprovechar las variaciones en el nivel del mar en zonas donde sean muy marcadas. En España, por ejemplo, sólo en el Atlántico y Cantábrico.

Se construye un dique que aísla una zona cerrada de costa, por lo que el agua se ve forzada a pasar por unas turbinas, tanto al subir la marea como al bajar.

Energía mareomotriz.

También se puede aprovechar la energía de las mareas con hélices.

Energía geotérmica.Utiliza el calor del interior de la Tierra, que es mayor en algunas zonas

volcánicas, para obtener vapor de agua y agua caliente.En algunas zonas hay fuentes geotérmicas en las que brota agua caliente de

forma natural, o vapor de agua (géiseres).En las centrales geotérmicas se inyecta agua por tuberías a cierta profundidad,

y se recoge el vapor de agua a presión por otras cañerías, a las que se acoplan turbinas.

Energía geotérmica.

Inconvenientes:• Hay pocos lugares del planeta que sean apropiados.• Existe riesgo de hundimiento al extraer agua caliente.• Hay posibilidad de ruidos, olores o cambios climáticos locales.El país pionero en su utilización es Islandia, aunque también se usa en

EEUU, México, Filipinas, Nueva Zelanda.

Hidrógeno como combustible.Es muy abundante y produce el

triple de energía que el petróleo. Puede emplearse de 2 formas:

1. Quemándolo para obtener energía calorífica.

2. En pilas de combustible para obtener electricidad directamente.

Cuando se quema para obtener energía, produce agua, por lo que su uso contribuiría a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

El problema actual es que el hidrógeno se obtiene a partir del gas natural en un proceso en el que se libera CO2.

Hidrógeno como combustible.Su forma ideal de obtención sería

por hidrólisis del agua, utilizando corriente continua.

Todavía está en investigación porque resulta caro, y además hay que considerar el origen de la electricidad utilizada.

Otra posible solución sería por fotólisis (acción directa de la luz solar).

Para su transporte se pueden utilizar los gasoductos existentes, donde podría ir mezclado en principio con el gas natural, y reemplazarlo cuando éste se agote.

Hidrógeno como combustible.En las pilas de combustible se combinan hidrógeno y oxígeno y se obtiene

electricidad. En el cátodo (polo -) el hidrógeno se rompe dando H+ y electrones, que son

conducidos por un circuito y producen la corriente eléctrica. Los H+ van al polo + de la pila (el ánodo) y reaccionan con el oxígeno y se libera agua.

Energía de fusión nuclear.La fusión es la unión de núcleos ligeros

para dar otro más pesado, con lo que se libera gran cantidad de energía. Esta reacción ocurre en el Sol.

Para la fusión, se eligen elementos que den residuos no radiactivos y que sean abundantes. Por ejemplo:Deuterio + tritio = helio + neutrones + muchísima energía

Energía de fusión nuclear.La fusión sólo puede darse si los núcleos se acercan 1000 veces más de la

distancia normal, lo que requiere temperaturas altísimas: 10 millones de grados C en el sol y 100 millones en la Tierra, por la diferencia de gravedad.

A estas temperaturas, los átomos están en estado de plasma, que está formado por sólo los núcleos, sin electrones, y tiene carga +.

No existen materiales que puedan contener un plasma: debe almacenarse en “botellas magnéticas” (donde queda confinado gracias a fuertes campos electromagnéticos).

Todavía no hay reactores nucleares utilizables comercialmente, esta energía aún está en fase de investigación básica.

Energía de fusión nuclear.Un tipo de reactor se llama de

confinamiento magnético (tokamak), y es una botella magnética toroidal que mantiene el plasma circulando. Se alcanza la temperatura necesaria inyectando energía.

Ventajas:• No genera residuos radiactivos,

aunque el reactor puede volverse radiactivo al absorber los neutrones liberados.

• Se gastan cantidades muy pequeñas de deuterio y de tritio. Por ejemplo, para obtener la electricidad que gasta una persona en toda su vida, harían falta 10g de deuterio extraídos de 500l de agua y 15g de tritio extraídos de 30g de litio.

USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA.El ahorro energético como fuente de energía implica evitar pérdidas inútiles. Se podría

ahorrar un 25% de la energía aplicando tecnologías que ya están desarrolladas.Tras la crisis del petróleo de 1973, se empezaron a aplicar medidas de ahorro:• Cambios horarios en Europa, para ajustar el horario laboral con el solar.• Ajustar los picos de consumo eléctrico con las horas en las que el suministro es más

barato.• Mejoras en el rendimiento de los motores de coches.• Cogeneración: producción combinada de dos formas útiles de energía a partir de una

única fuente de energía (por ejemplo, aprovechar el calor que se genera al producir electricidad para calentar agua).

En los procesos industriales se usa energía y parte se pierde. La cogeneración recupera algo de esas pérdidas para otros usos. Por ejemplo, en industrias que requieren altas temperaturas (como altos hornos) las pérdidas de calor pueden mover turbinas y generar electricidad.

Medidas relacionadas con el uso de energía:

3. Valorar el coste real de la energía que consumimos:Coste del ciclo de vida = precio del aparato + (gasto anual de energía x tiempo de vida estimado)Sirve para valorar el ahorro que implica su uso.

4. Valorar los costes ocultos de la energía: meter en el precio de la energía que se consume todos los gastos derivados de su generación (descontaminar, calentamiento climático, accidentes nucleares, tratamiento de residuos…)

1. Aumentar la eficiencia del sistema eléctrico. Actualmente se pierde un 66% de la energía durante el transporte, es decir, que hay que generar el triple de energía de la que consumimos.2. Incentivar el ahorro: subvencionar aparatos que consuman menos y hacer auditorías para detectar pérdidas de energía.

Medidas relacionadas con el uso de energía:

5. Reducir el consumo por sectores:40% Transporte (turismos)32% Industria (química, procesado de

cemento, vidrio…)16% Doméstica (calefacción, agua caliente)6. Medidas de ahorro personales:

– Usar más es transporte público que el privado.

– Arquitectura solar pasiva (aislamientos…)

– Comprar electrodomésticos de bajo consumo.

– Reciclar el vidrio, papel…

Actividad 7 pág. 345: Contribución de los diferentes tipos de recursos energéticos a la generación de electricidad en España.

La contribución de las renovables todavía es baja (18,8%, incluyendo las hidroeléctricas con un 9,7%).

La mayoría (60%) de la energía procede de la quema de combustibles fósiles en centrales térmicas: 30% gas natural, 23% carbón y 7% petróleo.

La energía nuclear supone un 19,8%.a) Principal dificultad para la implantación de las energías

renovables.Tienen baja eficiencia, lo que les impide hacer frente a la fuerte

demanda energética.b) Posible solución.Investigación y desarrollo.

Actividad 7 pág. 345: Contribución de los diferentes tipos de recursos energéticos a la generación de electricidad en España.

c) Describe, paso a paro, 3 sistemas energéticos implicados en que se encienda la luz al apretar el interruptor.

Ej.1: Extracción de carbón Transporte Combustión en la central Transporte de electricidad hasta las casas.

Ej.2: Extracción de gas natural Transporte (gaseoducto o barcos) Almacenaje Combustión en la central Transporte de electricidad hasta las casas.

Ej.3: Extracción del uranio y plutonio Procesado del U y enriquecimiento con Pl Funcionamiento de la central (riesgos y tratamiento de residuos) Transporte de electricidad hasta las casas.

Escenarios.Un escenario es un conjunto de condiciones, circunstancias o parámetros iniciales

de los que se parte en una simulación.Escenario 1 o hipótesis inicial: se parte de las condiciones iniciales con valores

reales.Escenarios alternativos: se varían las condiciones iniciales y se comparan con la

realidad que se quiere modificar.Por ejemplo, al simular la población humana, el escenario 1 considera las tasas de

natalidad y mortalidad actuales. Un escenario alternativo sería si modificamos dichas tasas para hacer la simulación.

El escenario tendencial estudia el comportamiento del sistema partiendo de lo observado en la realidad. Por ejemplo, el consumo previsto para 2020 se deduce considerando que todo sigue como hasta ahora.

El escenario ahorro base considera la aplicación de una serie de medidas de ahorro energético (es decir, variamos las condiciones iniciales). Con estas medidas se puede conseguir una reducción del consumo energético.

RECURSOS MINERALES: METALÍFEROS Y NO METALÍFEROS.

1. Metalíferos. Para obtener metales y energía (el uranio).Yacimientos: lugares en los que los minerales están concentrados. Son rentables

cuando la proporción de un metal es alta (es decir, cuando un mineral es mena de cierto metal).

Minas: explotaciones de un yacimiento. Pueden ser a cielo abierto o subterráneas. Los metales no están en estado puro, por lo que se extrae el metal y se desechan las escorias, que se suelen acumular en montones junto a las minas.

Minerales metalíferos.Los más abundantes son:• Al el más abundante. Ligero.

Resiste la corrosión. Sus yacimientos son superficiales (las lateritas tropicales)

• Fe Acero (Fe + C); acero inoxidable (acero + Cr, Ni).

• Mn Para fabricar acero y pinturas.

• Cr Acero inoxidable; ladrillos resistentes al fuego; pinturas.

• Ti Ligero. Resiste la corrosión. Aviones, pinturas, prótesis óseas.

Minerales metalíferos.Son más escasos:• Cu Latón (Cu + Zn); bronce (Cu + Sn).

Conductor, dúctil.• Pb Flexible. Tuberías, baterías,

antidetonante en gasolina.• Zn Latón (Cu + Zn). Galvanizado:

protege Fe o acero de la corrosión.• Sn Bronce (Cu + Sn), peltre (Pb + Sn).

Aviones, soldaduras.• Ag Fotografía, monedas, cubiertos,

joyería.• Au Indestructible (se reutiliza tras

fundirse). Resiste la corrosión.• Hg Líquido, muy denso.

Termómetros, industrias de papel y plásticos. Venenoso.

• U Radiactivo. Centrales nucleares.

Minerales metalíferos.Las reservas de un mineral son

variables: dependen de la demanda y del coste de extracción.

La tendencia actual es sustituir minerales por otros materiales con mejores prestaciones y más ligeros. Por ejemplo, los plásticos que son derivados del petróleo (PVC, poliuretano) en conducciones o las cerámicas en los motores.

Siderurgia: La extracción de hierro se hace en los altos hornos, donde se quema con un carbón especial, el coque.

Minerales metalíferos.

Los principales impactos ambientales de la obtención del aluminio son:

• Deforestación y pérdida de biodiversidad en las selvas tropicales al extraer y transportar la bauxita.

• Aumento de las diferencias sociales Norte- Sur, pues los países pobres aportan la materia prima, y el procesado se hace en países ricos (que venderán el producto final).

• Gran gasto de energía durante el proceso por electrólisis.

Obtención del aluminio: actualmente se obtiene a partir de mineral bauxita, que está presente en los suelos de laterita tropicales. El proceso gasta mucha energía, pues de deben alcanzar temperaturas muy altas y se utiliza corrientes continua.

Impactos de la minería.• Atmósfera: partículas sólidas, polvo y gases. Contaminación sonora.• Aguas: por escorrentía y arrastre de partículas sólidas. Los acuíferos se

contaminan por aceites e hidrocarburos.• Suelos: ocupación irreversible y modificación de su uso.• Flora y fauna: por eliminación directa y desaparición al eliminar el suelo.• Paisaje y morfología: los movimientos de tierras alteran el paisaje de forma

global.• Sociocultural: aumento del tráfico.

Medidas legislativas en España:

Las compañías mineras deben introducir los gastos de la realización de una EIA y de restaurar el paisaje tras la explotación cuando calculan la rentabilidad del proyecto.

Minerales no metalíferos.

Incluye combustibles fósiles, fertilizantes y materiales de construcción.

Fertilizantes: N, P, K.• N fijación de nitrógeno

atmosférico, de forma natural (atmosférica o biológica) y de forma artificial (por el ciclo de Haber-Bosch)

• P Depósitos en los fondos marinos (por lo tanto el reciclado hacia los continentes es lento)

• K Sales marinas, depositadas tras la evaporación del agua.

Minerales no metalíferos.

Rocas para la construcción (áridos). Son el grupo de mayor volumen y peso de todos los minerales.• Bloques de piedras: construcciones, arquitectura tradicional, ornamentales.• Rocalla: cualquier tipo de roca triturada. Se usa en firmes de carreteras y vías y en la fabricación de

hormigón.• Arena y grava: extraídas de graveras (cauces, playas, flechas). Se encarecen con el transporte.• Cemento: caliza + arcilla, cocidas a temperaturas > 1400º C y trituradas. Después, se añade agua y

se forma la masa. Las cementeras se instalan cerca de canteras de caliza.

Cementera.

Minerales no metalíferos.Rocas para la construcción.• Hormigón: cemento + arena o grava.

Si se añaden barras de hierro, se llama hormigón armado.

• Yeso: polvo blanco resultante de calcinar la roca. Se mezcla con agua.

• Arcilla: se llama adobe cuando son ladrillos sin cocer de paja y arcilla. Cuando se cuece al horno se fabrican ladrillos, tejas o baldosas. Los azulejos están vidriados y cocidos.

• Vidrio: arena de cuarzo + sosa + cal, derretidas a temperaturas mayores de 1700º C. Se enfría rápidamente.