ENERGÍA LIMPIA Y ENERGÍA SUCIA
RECURSOS ENERGÉTICOS
Durante millones de años nuestro planeta ha recibido de forma permanente la energía proveniente del Sol, la que ha modificado nuestro entorno y permitido el desarrollo de la vida. Hoy en día, la mayor parte de la energía que utilizamos proviene directa o indirectamente de esta estrella.
Las fuentes de energía son elementos de la naturaleza de las cuales se puede extraer energía. La humanidad ha utilizado estos recursos energéticos a lo largo de su historia para impulsar su desarrollo y mejorar sus condiciones de vida.
Las fuentes de energía usualmente se clasifican en energías renovables y no renovables, como veremos a continuación:
Fuentes de energía renovables
Las fuentes de energía renovables son aquellas cuyo ritmo de utilización es menor a su ritmo de renovación, es decir, que tras ser utilizadas se regeneran de manera natural o artificial. Las principales fuentes de energía renovable son:
Los ríos
Cuando la energía radiante proveniente del Sol eleva la temperatura de los océanos y de las grandes masas de agua se activa lo se conoce como ciclo hidrológico. En dicho ciclo, el agua que se evapora es trasladada hasta regiones continentales más elevadas, desde donde precipita en forma de lluvia o nieve, principalmente. Cuando esta agua desciende, por efecto de la energía potencial gravitatoria, da origen a cauces de agua conocidos como ríos. Cuando el fluido del río se mueve se produce energía cinética; y cuando dicha agua se almacena en una represa se retiene en forma de energía potencial gravitatoria, que se utiliza para generar energía hidroeléctrica, es decir, energía eléctrica que se obtiene a partir de la transformación de la energía potencial y cinética del agua.
El movimiento de las aguas oceánicas
El movimiento del oleaje de los océanos se produce principalmente como consecuencia de los vientos y tormentas. Por otro lado, las mareas se originan por efecto de la atracción gravitacional de la Luna y el Sol. Hoy en día, se han desarrollado una serie de tecnologías capaces de obtener energía eléctrica de esta fuente. Dicha energía es conocida como energía marina: mareomotriz (cuando aprovecha la energía de las mareas), undimotriz (cuando utiliza la energía del oleaje) y conversión térmica (OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion) (cuando se aprovecha la energía térmica del sol absorbida por los océanos).
El viento
La forma esférica de nuestro planeta posibilita que la energía proveniente del Sol se distribuya de manera irregular sobre la atmósfera, los océanos y la superficie terrestre. En consecuencia, existen regiones que reciben más energía y otras que reciben menos. Cuando ciertas zonas de la atmósfera se calientan menos que otras, se produce el movimiento de las grandes masas de gas que la conforman y, con ello, se da origen a los vientos (cuando los movimientos del aire son horizontales) y a las corrientes de aire (cuando los movimientos son verticales). Esta fuente de energía ha sido utilizada desde la Antigüedad para mover embarcaciones en los océanos o para hacer girar los molinos de viento. La energía asociada a esta fuente renovable se conoce como energía eólica.
Materia orgánica
La materia orgánica también almacena la energía proveniente del Sol, en forma de energía química. Las plantas y algunos microorganismos son capaces de almacenar la energía del Sol a partir del proceso de fotosíntesis, en el que se emplea la luz solar, el agua y el CO2 presente en la atmósfera, para formar moléculas basadas en carbono, hidrógeno y oxígeno.
También son fuentes de materia orgánica los residuos animales, industriales, agrícolas, forestales, urbanos y de aguas residuales. La energía que se obtiene de dicha fuente se llama energía de biomasa.
El Sol
Como ya mencionamos, casi la totalidad de la energía que permite los procesos de nuestro planeta proviene de forma directa o indirecta del Sol. El Sol es una estrella cuya energía se produce a partir de la fusión nuclear, en que los átomos de hidrógeno se fusionan para generar átomos de helio. En este proceso se libera una gran cantidad de radiaciones, dentro de las que se encuentran la radiación infrarroja, que eleva la temperatura de la superficie terrestre, y la luz visible, que permite una serie de procesos biológicos necesarios para sustentar la vida en la Tierra. A la energía que es aprovechada de manera directa del Sol se le denomina energía solar.
El calor interno de la Tierra
La temperatura de las capas inferiores de la Tierra -manto y núcleo- es muy elevada, producto, principalmente, del decaimiento de materiales radiactivos en su interior, como el uranio y el potasio, entre otros. Las altas temperaturas ascienden en las fracturas de la corteza terrestre y se manifiestan en forma de géiseres, fumarolas, pozos de lodo hirviendo, volcanes y fuentes termales. En ciertas regiones este calor interno de la Tierra es utilizado para producir electricidad. A la energía asociada a esta fuente se le llama energía geotérmica.
Fuentes de energía no renovables
Las fuentes no renovables son aquellas en que el recurso es limitado y se agota en la medida que se emplea. Por lo tanto, su velocidad de consumo es mayor a la de regeneración. Las fuentes de energía no renovables son:
Combustibles fósiles
Corresponden a recursos cuyo origen se debe a la degradación de restos vegetales y animales que fueron sepultados por un proceso de sedimentación, quedando atrapados en estratos inferiores de la corteza terrestre hace millones de años. Son combustibles fósiles el carbón, el petróleo y el gas natural. A la energía eléctrica que se obtiene a partir de la utilización de dicho recurso se le denomina energía termoeléctrica.
La potencia del átomo
El uranio es un elemento del que se extrae energía a través de la división de los núcleos de sus átomos. Este proceso se conoce como fisión nuclear: cuando un núcleo de uranio es divido se genera una gran cantidad de energía en forma de radiaciones y de calor. El calor se utiliza para producir electricidad conocida como energía nuclear o energía termonuclear.
TI´POS DE ENERGÍA
Energía eléctrica
Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos (cuando se les coloca en contacto por medio de un conductor eléctrico) para obtener trabajo.
Energía luminosa
La energía lumínica o luminosa es la energía fracción percibida de la energía transportada por la luz y que se manifiesta sobre la materia de distintas maneras, una de ellas es arrancar los electrones de los metales, puede comportarse como una onda o como si fuera materia, pero lo más normal es que se desplace como una onda e interactúe con la materia de forma material o física.
Energía mecánica
La energía mecánica es la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energías potencial, cinética y la energía elástica de un cuerpo en movimiento. Expresa la capacidad que poseen los cuerpos con masa de efectuar un trabajo.
Energía térmica
Se denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor. Puede ser obtenida de la naturaleza, a partir de la energía térmica, mediante una reacción exotérmica, como la combustión de algún combustible; por una reacción nuclear de fisión o de fusión; mediante energía eléctrica por efecto Joule o por efecto termoeléctrico; o por rozamiento, como residuo de otros procesos mecánicos o químicos. Asimismo, es posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en forma de energía térmica, como la energía geotérmica o la energía solar fotovoltaica.
La energía térmica se puede transformar utilizando un motor térmico, ya sea en energía eléctrica, en una central termoeléctrica; o en trabajo mecánico, como en un motor de automóvil, avión o barco.
La obtención de energía térmica implica un impacto ambiental. La combustión libera dióxido de carbono (CO2) y emisiones contaminantes. La tecnología actual en energía nuclear da lugar a residuos radiactivos que deben ser controlados. Además deben tenerse en cuenta la utilización de terreno de las plantas generadoras de energía y los riesgos de contaminación por accidentes en el uso de los materiales implicados, como los derrames de petróleo o de productos petroquímicos derivados.
Energía eólica
Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas.
El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de los vientos en la mitología griega. 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.
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2007, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 94.1 gigavatios.1 Mientras la eólica genera alrededor del 1% del consumo de electricidad mundial,2 representa alrededor del 19% de la producción eléctrica en Dinamarca, 9% en España y Portugal, y un 6% en Alemania e Irlanda (Datos del 2007). En el año 2008 el porcentaje aportado por la energía eólica en España aumentó hasta el 11%.3
La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin embargo, el principal inconveniente es su intermitencia.
Energía solar
La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.
La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde. Si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.
La irradiancia directa normal fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).
Según informes de Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.1
Energía nuclear
La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.
Energía cinética
Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación E = 1mv2, donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.
Energía potencial
La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo, dependiendo de la configuración que tengan en un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. Puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.
Energía química
La energía química es la energía acumulada en los alimentos y en los combustibles. Se produce por la transformación de sustancias químicas que contienen los alimentos o elementos, posibilita mover objetos o generar otro tipo de energía.
Energía hidráulica
Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable.
Energía sonora
La energía sonora es aquella que se produce con la vibración o el movimiento de un objeto, que hace vibrar también el aire que lo rodea y esa vibración se transforma en impulsos eléctricos que en el cerebro se interpretan como sonidos.
Energía radiante
Es la energía que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se propaga en el vacío sin necesidad de soporte material alguno. Se transmite por unidades llamadas fotones, estas unidades llamadas fotones actúan también como partículas, debe ser como lo plantease el físico Albert Einstein en su teoría de la relatividad general.
Energía fotovoltaica
Los sistemas de energía fotovoltaica permiten la transformación de la luz solar en energía eléctrica, es decir, la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía electromotriz (voltaica).
El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un dispositivo construido de silicio (extraído de la arena común).
Energía de reacción
En una reacción química el contenido energético de los productos es, en general, diferente del correspondiente a los reactivos. Este defecto o exceso de energía es el que se pone en juego en la reacción. La energía desprendida o absorbida puede ser en forma de energía luminosa, eléctrica, mecánica, etc.. pero habitualmente se manifiesta en forma de calor. El calor intercambiado en una reacción química se llama calor de reacción y tiene un valor característico para cada reacción. Las reacciones pueden entonces clasificarse en exotérmicas o endotérmicas, según que haya desprendimiento o absorción de calor.
Energía iónica
La energía de ionización es la cantidad de energía que se necesita para separar el electrón menos fuertemente unido de un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental.
El petróleo como energía
Es un recurso natural no renovable y actualmente también es la principal fuente de energía en los países desarrollados. El petróleo líquido puede presentarse asociado a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.
El gas natural como energía
El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases que se encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se extrae, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95%, y suele contener otros gases como nitrógeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos.
El carbón como energía
El carbón es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias. Es una de las principales fuentes de energía. En 1990, por ejemplo, el carbón suministraba el 27,2% de la energía comercial del mundo.
Energía geotérmica
La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que caben destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra", y thermos, "calor"; literalmente "calor de la Tierra".
Energía mareomotriz
Es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje.
Energía electromagnética
La energía electromagnética es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos atribuir a la presencia de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las intensidades de campo magnético y campo eléctrico. En un punto del espacio la densidad de energía electromagnética depende de una suma de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de campo.
Energía metabólica
La energía metabólica o metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.
Biomasa
La más amplia definición de BIOMASA sería considerar como tal a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Clasificándolo de la siguiente forma:
Biomasa natural, es la que se produce en la naturaleza sin la intervención humana.
Biomasa residual, que es la que genera cualquier actividad humana, principalmente en los procesos agrícolas, ganaderos y los del propio hombre, tal como, basuras y aguas residuales.
Biomasa producida, que es la cultivada con el propósito de obtener biomasa transformable en combustible, en vez de producir alimentos, como la caña de azúcar en Brasil, orientada a la producción de etanol para carburante.
Desde el punto de vista energético, la biomasa se puede aprovechar de dos maneras; quemándola para producir calor o transformándola en combustible para su mejor transporte y almacenamiento la naturaleza de la biomasa es muy variada, ya que depende de la propia fuente, pudiendo ser animal o vegetal, pero generalmente se puede decir que se compone de hidratos de carbono, lípidos y prótidos. Siendo la biomasa vegetal la que se compone mayoritariamente de hidratos de carbono y la animal de lípidos y prótidos.
Pudiéndose obtener combustibles:
Sólidos, Leña, astillas, carbón vegetal.
Líquidos, biocarburantes, aceites, aldehídos, alcoholes, cetonas, ácidos orgánicos...
Gaseosos, biogás, hidrógeno.
Energía hidroeléctrica
La energía hidroeléctrica es la que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos, aunque el coste de mantenimiento de una central térmica, debido al combustible, sea más caro que el de una central hidroeléctrica. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales centra la atención en estas fuentes de energía renovables.
Energía biovegetal
Un producto Biovegetal es la madera, y la energía desprendida en su combustión ha sido utilizada por el hombre desde hace siglos para calentarse y para cocinar sus alimentos. Pero actualmente existen otros productos en grandes cantidades, los desechos, de los cuáles, como resultado de su combustión, se obtendría una cantidad no poco importante de energía.
Energía marina
Cuando algo se mueve, está realizando un trabajo, y para realizar un trabajo es necesaria una energía. Si hay algo que esté en continuo movimiento, ese algo es el mar. Observando desde lejos puede parecer muy tranquilo, pero cuando nos acercamos a él comprobamos que su superficie se mueve continuamente mediante ondulaciones que pueden ser muy suaves o pueden convertirse en grandes olas que rompen estruendosamente al chocar contra los acantilados. Los cuerpos que flotan son arrastrados de aquí para allá por corrientes marinas. El nivel del mar tampoco está quieto, sino que sube y baja dos veces al cabo del día, constituyendo así el fenómeno de las mareas, que en ciertas zonas son tan acusadas que pueden cubrir y descubrir en pocas horas grandes extensiones de terreno.
Así, todo este movimiento es reflejo de la energía almacenada en el agua, y en ciertos lugares donde el movimiento es mucho mayor, lógicamente, el contenido en energía también será muy grande y tal vez se pueda aprovechar utilizando dispositivos o aparatos ingeniosos y eficaces.
Los movimientos más importantes del mar podemos clasificarlos en tres grupos: corrientes marinas, ondas y olas y mareas.
Lan ondas y olas y las corrientes marinas tienen origen en la energía solar, mientras que las mareas son producidas por las atracciones del Sol y de la Luna.
Energía libre
Parte de la energía total de un cuerpo susceptible de transformarse produciendo trabajo.
Energía magnética
Es la energía que desarrollan la tierra y los imanes naturales. La energía magnética terrestre es la consecuencia de las corrientes eléctricas telúricas producidas en la tierra como resultado de la diferente actividad calorífica solar sobre la superficie terrestre, y deja sentir su acción en el espacio que rodea la tierra con intensidad variable en cada punto.
Energía calorífica
Se transmite de los cuerpos calientes a los fríos.
