Las fuentes de energía son elaboraciones naturales más o menos complejas de las que el hombre puede extraer energía para realizar un determinado trabajo u obtener alguna utilidad.
Desde la prehistoria, cuando la humanidad descubrió el fuego para calentarse y asar los alimentos , pasando por la Edad Media en la que construía molinos de viento para moler el trigo, hasta la época moderna en la que se puede obtener energía eléctrica fisionando el átomo ,el hombre ha buscado incesantemente fuentes de energía de las que sacar algún provecho para nuestros días, han sido los combustibles fósiles; por un lado el carbón para alimentar las máquinas de vapor industriales y de tracción ferrocarril así como los hogares, y por otro, el petróleo y sus derivados en la industria y el transporte (principalmente el automóvil), si bien éstas convivieron con aprovechamientos a menor escala de la energía eólica, hidráulica, la Vio masa.
Dicho modelo de desarrollo, sin embargo, está abocado al agotamiento de los recursos fósiles, sin posible reposición pues serían necesarios períodos de millones de años para su formación.
La búsqueda de fuentes de energía inagotables y el intento de los países industrializados de fortalecer sus economías nacionales reduciendo su dependencia de los combustibles fósiles, concentrados en territorios extranjeros tras la explotación y casi agotamiento de los recursos propios, les llevó a la adopción de la energía nuclear y en aquellos con suficientes recursos hídricos, al aprovechamiento hidráulico intensivo de sus cursos de agua.
COMO SE CLASIFICAN
Clasificación de las fuentes de energía
Existen innumerables fuentes de energía. Pero, en última instancia, toda la energía procede del Sol (salvo la energía Geo térmica y la energía nuclear de fisión).
Podemos clasificar las fuentes de energía en:
* Fuentes de energía renovables: se regeneran a un ritmo igual o mayor al que se consumen. Ejemplos: energía solar, eólica.
* Fuentes de energía no renovables: se consumen a un ritmo más elevado al que se producen, y terminarán agotándose. Ejemplos: carbón, petróleo.
Además de esta clasificación se pueden usar otras. Por ejemplo:
* Limpias y contaminantes: según el impacto ambiental que generen. Por ejemplo, la energía solar es limpia, mientras que el carbón es contaminante, ya que durante su combustión se producen gases tóxicos.
* Convencionales y no convencionales:
o Convencionales: el carbón, el petróleo y el gas natural, la energía nuclear y la energía hidráulica. Son las llamadas «energías tradicionales».
o No convencionales: son fuentes de energía alternativas, que aún están en desarrollo. No inciden demasiado en la economía de un país. Forman este grupo la energía eólica, la solar (térmica y foto voltaica), la de Vio masa, la geo térmica y la mareo motriz.
FUENTES QUE DEPENDEN DE LOS COMBUSTIBLES FOSILES
Los humanos necesitamos energía para cualquier función que desarrollamos. Las casas se deben calentar, se necesita energía para el desarrollo de la industria y la agricultura e incluso en nuestro cuerpo existe un flujo constante de energía. Todos los procesos que nos proporcionan con los lujos y comodidades en nuestra vida diaria requieren de un gasto energético. Esto es un proceso industrial que puede desarrollarse mediante el uso de diferentes fuentes. Estas fuentes pueden ser renovables y no renovables. Las fuentes de energía renovable se reemplazan con el tiempo y por lo tanto no desaparecen fácilmente. Sin embargo las fuentes de energía no renovable están amenazadas y pueden desaparecer si el uso es alto.
Hoy en día, se usan muchas fuentes de energía renovables, por ejemplo energía solar, eólica e hidráulica. Irónicamente, hoy en día todavía utilizamos como mayores recursos energéticos aquellos provenientes de fuentes de energía no renovable, o combustibles fósiles (figura 1). Al no ser renovable estas fuentes tendrán una tendencia a subir de precio hasta niveles en los que no será económicamente satisfactorio su utilización.
Figura 1: la combustión de los combustibles fósiles es parte de ciclo de carbón
Los combustibles fósiles consisten en depósitos de organismos fósiles que en una ocasión estuvieron vivos. La materia orgánica se forma durante siglos. Los combustibles fósiles consisten principalmente en uniones de carbón e hidrógeno. Existen tres tipos de combustibles fósiles que pueden usarse para la provisión energética: carbón, petróleo y gas natural. Carbón es un combustible fósil que se ha formado durante millones de años por el deposito y caída a la tierra de material vegetal. Cuando estas capas se compactan y se calientan con el tiempo, los depósitos se transforman en carbón. El carbón es muy abundante en comparación con otros combustibles fósiles. Los analistas predicen en ocasiones que a nivel mundial el uso del carbón aumentara cuando haya escasez de petróleo. Los suministros actuales de carbón pueden durar del orden de 200 años o mas. El carbón generalmente se extrae de las minas. Desde mediados del Siglo 20, el uso del carbón se ha doblado. Desde 1996 su aplicación empieza a disminuir. Muchos países dependen del carbón como fuente energética porque no pueden permitirse la utilización de petróleo o gas natural al ser mas costoso. La China e India son los mayores usuarios de carbón como fuente energética.
FUENTES QUE DEPENDEN DE LOS COMBUSTIBLES NATURALES
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El término energía posee diferentes connotaciones, pero desde los términos más generales, hace referencia a la capacidad para producir trabajo o para estimular cambios físicos.
Sin embargo, lo que nos interesa es su significado desde la geografía económica; en donde podemos dar tres puntos de vistas heterogéneos. El primero de ellos es entender a la energía como la materia prima indispensable para las actividades industriales. La segunda como parte instrumental económico, ya que se la requiere para activar todo tipo de maquinarias y herramientas. Y finalmente se la entiende como un bien de consumo final, utilizada para el confort humano, desde la electricidad que poseemos hasta el enfriamiento de cualquier equipo en nuestro hogar.
Lo más importante y lo que debemos destacar en la historia del hombre, es que este ha logrado controlar, producir, usar y almacenar diferentes formas de energía, las cuales muchas veces han sido más complejas y de mayor eficacia para sus progresos.
Como mencionamos anteriormente, encontramos diferentes fuentes de energía, es así como podemos clasificarlas, y en este caso lo haremos desde el punto de vista de su permanencia:
- Autorenovables: hidráulica (ríos, mareas, etc.), eólica, solar, geotérmica.
- Renovables con la acción del hombre: biomasa (materia total de los seres vivos), utilizada para leña y carbón de leña.
- No renovables: combustibles fósiles, gas natural, minerales radiactivos.
Por otra parte, los combustibles son de gran importancia para el mundo actual. Esto se debe a que son utilizados para el funcionamiento de maquinarias y de los medios de transporte, así como también como materias primas en las industrias: siderurgia, petroquímica, etc., y para la calefacción entre otros usos.
A los combustibles también los podemos clasificar. Por ejemplo: encontramos los sólidos como el carbón mineral o fósil; los líquidos como el petróleo; y los gaseosos como el gas natural.
Su importancia
Para el normal desarrollo de nuestra vida cotidiana y de las actividades económicas que emprendamos, es importante el desarrollo de los diferentes productos energéticos que conocemos. Por ejemplo, el 80% de de la energía que es producida y consumida en el mundo, proviene de los combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural y el carbón. Esto nos daría la idea de que la economía mundial depende en gran medida del uso de fuentes de energía no renovables. Es por esto que surge la incógnita del futuro abastecimiento energético, ya que el consumo y las proyecciones que los científicos realizan sobre esta tendencia son cada vez más preocupantes.
FUENTES QUE DEPENDEN DE LOS COMBUSTIBLES ATÓMICOS
Se denomina combustible nuclear a todo aquel material que haya sido adaptado para poder ser utilizado en la generación de energía nuclear.
El término combustible nuclear puede referirse tanto al material (físil o fusionable) por sí mismo como al conjunto elaborado y utilizado finalmente, es decir, los haces o manojos de combustible, compuestos por barras que contienen el material físil en su interior, aquellas configuraciones que incluyen el combustible junto con el moderador o cualquier otra cosa.
El proceso más utilizado y conocido es la fisión nuclear. El combustible nuclear más común está formado por elementosfisibles como el uranio, generando reacciones en cadena controladas dentro de los reactores nucleares que se encuentran en las centrales nucleares. El isótopo utilizado más habitualmente en la fisión es el 235U.
Los procesos de producción del combustible nuclear que comprenden la minería, refinado, purificado, su utilización y el tratamiento final de residuos, conforman en su conjunto el denominado ciclo del combustible nuclear.
Otro proceso nuclear que puede ser utilizado es la fusión. En dicho proceso se utilizan como combustible isótopos ligeros como el tritio y el deuterio.
Otros elementos como el 238Pu y otros se usan para producir pequeñas cantidades de energía mediante procesos dedesintegración radiactiva en los generadores termoeléctricos de radioisótopos o en otros tipos de pilas atómicas.
El combustible nuclear utilizado por los reactores de agua a presión (PWR) y de agua en ebullición (BWR) se fabrica a partir del uranio natural. El uranio tal como se encuentra en la naturaleza está formado por tres tipos de isótopos: uranio-238 (238U), uranio-235 (235U) y uranio-234 (234U). La composición porcentual del uranio naturales: 99,28% de238U, 0,71% de 235U y 0,005% de 234U. Los reactores PWR y BWR funcionan obteniendo la energía de la fisión de los átomos de 235U contenidos en el combustible y de otras reacciones nucleares, principalmente la fisión del 239Pu generado por activación del 238U.
Para que los reactores moderados por agua ligera (PWR, BWR, VVER, ...) puedan funcionar es necesario aumentar la proporción del isótopo 235U desde el 0,71% con el que se presenta en la naturaleza hasta una concentración de entre el 2% y el 5%, mediante un proceso llamado enriquecimiento de Uranio.
Para poder utilizar el uranio en un reactor nuclear es necesario realizar una serie de procesos químicos y físicos para convertirlo desde la forma mineral en que se encuentra en la naturaleza a los pellets de óxido cerámico que se cargan en el núcleo de un reactor nuclear. Son fundamentalmente cuatro o cinco pasos, las imágenes adjuntas ilustran el material obtenido después de cada paso:
- Primero, se extrae uranio de la tierra y se tritura y procesa (habitualmente se disuelve con ácido sulfúrico) para obtener la "yellow cake" (torta amarilla).
- El siguiente paso consiste en, bien convertir el uranio en UF6 para su enriquecimiento en el isótopo 235 antes de reconvertirlo en óxido de uranio, bien saltarse esta etapa pasando al cuarto paso, como se hace con el combustible
NUEVOS COMBUSTIBLES
Una de las cuestiones más importantes que tiene que resolver esta civilización es cómo será posible continuar suministrando energía destinada a la fabricación, el transporte, la comunicación y el ocio. Resulta fácil intuir que se están agotando las reservas de ciertos combustibles.
El Sol es el origen de la energía almacenada en los alimentos y en la mayoría de los combustibles usados por los humanos. La energía solar es capturada por las moléculas de clorofila de las plantas verdes y se realiza la reacción de fotosíntesis. En dicha reacción se forman carbohidratos (hidratos de carbono) a partir del dióxido de carbono procedente del aire y del agua procedente del suelo. Uno de los más sencillos es la glucosa, que es una fuente de energía contenida en la sangre humana. La fotosíntesis de la glucosa depende de una secuencia muy complicada de reacciones. Resultaría muy difícil determinar la entalpía de reacción de esta síntesis de modo directo. Sin embargo dicha síntesis es la reacción inversa a la combustión.
Por tanto, la entalpía de la reacción de fotosíntesis presenta un valor opuesto al de la entalpía de combustión de la glucosa. La fotosíntesis de 1 g de glucosa requiere, por tanto, 16 KJ de energía.
El contenido energético de toda la radiación solar absorbida por la vegetación de la Tierra es suficiente para formar 6 x 1014 Kg de glucosa cada año. Por tanto la vegetación muerta sigue siendo una fuente de energía siempre y cuando sus carbohidratos no se transformen por completo en dióxido de carbono y agua. Sin embargo el problema surge al intentar aprovechar la energía de la Tierra: se necesitan altas concentraciones de sustancias ricas en energía. Si estas sustancias no están concentradas, su extracción puede ser poco económica por tenerse que emplear combustible para extraer o transportar. No tiene sentido explotar una mina o perforar un pozo si el proceso implica usar más combustible del que se obtiene.
Las altas concentraciones de compuestos ricos en energía deben obtenerse a partir de los puntos en los que se han acumulado en tiempos pasados, en depósitos de combustibles fósiles.
Combustibles fósiles.- Los combustibles fósiles son el carbón, el petróleo y el gas. Han sido los grandes protagonistas del impulso industrial desde la invención de la máquina de vapor hasta nuestros días. De ellos depende la mayor parte de la industria y el transporte en la actualidad. Entre los tres suponen casi el 90% de la energía comercial empleada en el mundo.
Un combustible fósil está compuesto por los restos de organismos que vivieron hace millones de años. El carbón se formó a partir de plantas terrestres y el petróleo y el gas natural a partir de microorganismos y animales principalmente acuáticos. Son, en definitiva, una acumulación de energía solar, porque las plantas convierten la radiación que viene del sol en biomasa, gracias a la fotosíntesis, y los animales se alimentan de las plantas.
La energía se obtiene al quemar estos productos, proceso en el que se forman grandes cantidades de anhídrido carbónico y otros gases contaminantes que se emiten a la atmósfera.
Estos combustibles han permitido un avance sin precedentes en la historia humana, pero son fuentes de energía que llamamos no renovables. Esto significa que cantidades que han tardado en formarse miles de años se consumen en minutos y las reservas de estos combustibles van disminuyendo a un ritmo creciente. Además, estamos agotando un recurso del que se pueden obtener productos muy valiosos, como plásticos, medicinas, etc., simplemente para quemarlo y obtener energía.
CONTAMINACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES
Las cifras anteriores muestran la gran importancia que, en cuanto a emisiones globales, tienen las fuentes naturales de emisión de contaminantes en relación con los antropogénicos, excepto en el caso de las emisiones de anhídrido sulfuroso en que casi se igualan ambas.
Atendiendo a la distribución espacial de estas emisiones se observa que en las regiones más industrializadas de Europa y Norteamérica las emisiones antropogénicas de SO2 alcanzan proporciones muy superiores a las naturales. Así en el Norte de Europa las emisiones antropogénicas originan alrededor del 90% del azufre que está en circulación en la atmósfera.
Otra circunstancia a tener en cuenta es que los focos de emisión antropogénicos están concentrados, por lo general, en áreas urbanas e industriales. Este conjunto de circunstancias hacen que la contribución de las emisiones antropogénicas al problema de la contaminación atmosférica a escala regional sea predominante.
Focos antropogénicos de emisión
Los principales focos de contaminación atmosférica de origen antropogénico son las chimeneas de las instalaciones de combusión para generación de calor y energía elétrica, los tubos de escape de los vehículos automóviles y los procesos industriales.
Contaminantes emitidos por los vehículos automóviles
En las últimas décadas, el automóvil ha aparecido de forma masiva en las ciudades, contribuyendo a incrementar los problemas de contaminación atmosférica como consecuencia de los gases contaminantes que se emiten por los tubos de escape. Los principales contaminantes lanzados por los automóviles son: monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos no quemados (HC), y compuestos de plomo.Los principales contaminantes emitidos por los vehículos que utilizan motores de ciclo diésel (camiones y autobuses, por ejemplo) son partículas sólidas en forma de hollín que da lugar a los humos negros, hidrocarburos no quemados, óxidos de nitrógeno y anhídrido sulfuroso procedente del azufre contenido en el combustible.No todos los vehículos lanzan los distintos tipos de contaminantes en las mismas proporciones; éstas dependerán del tipo de motor que se utilice. Los vehículos que emplean gasolina como carburante emiten principalmente monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y compuestos de plomo. La emisión de este último tipo de contaminante se debe a la presencia en algunos tipos de gasolina de tetraetilo de plomo, aditivo que se añade para aumentar su índice de octano.
Calefacciones domésticas
Las instalaciones de calefacción domésticas son una de las principales fuentes de contaminación atmosférica de las grandes ciudades. Este tipo de focos puede contribuir con un 20 a 30% de las emisiones totales a la atmósfera en áreas urbanas. Los principales contaminantes producidos dependen del tipo de combustible empleado.En el caso del carbón los principales contaminantes producidos son: anhídrido sulfuroso, cenizas volantes, hollines, metales pesados y óxidos de nitrógeno. Cuando el combustible empleado es líquido (gasóleo o gasoil), los principales contaminantes emitidos son: SO2, SO3, NOx, hidrocarburos volátiles no quemados y partículas carbonosas.
El gas natural es el combustible más limpio de los actualmente disponibles para calefacción, siendo su producción de contaminantes despreciable respecto a los otros combustibles. A la introducción masiva del gas para calefacciones domésticas, sustituyendo al carbón y al gasoil anteriormente utilizados, se debe en gran parte el éxito del Plan de Descontaminación Atmosférica de la ciudad de Londres (Gran Bretaña).
Calderas industriales de generación de calor
Los combustibles utilizados por este tipo de instalaciones son el carbón y el fuel-oil. La producción de contaminantes depende en gran medida de la calidad del combustible, en especial de las proporciones de azufre y cenizas contenidas en el mismo y del tipo de proceso de combustión empleado.Entre las distintas fuentes de contaminación atmosférica de origen industrial, la combustión de combustibles fósiles para la generación de calor y electricidad ocupa un lugar preponderante, tanto por la cantidad como por los tipos de contaminantes emitidos. Especial atención merecen las centrales térmicas de producción de electricidad.
Durante el proceso de combustión se libera a la atmósfera el azufre contenido en el combustible en forma de anhídrido sulfuroso. Junto con otros contaminantes como óxidos de nitrógeno, dióxido de carbono, metales pesados y una gran variedad de sustancias. Cuando se utiliza como combustible el carbón, se emiten abundantes partículas finas que pueden ser trasladadas a grandes distancias.
Contaminantes emitidos por la industria
La contaminación de origen industrial se caracteriza por la gran cantidad de contaminantes producidos en las distintas fases de los procesos industriales y por la variedad de los mismos. Por otra parte, en los focos de emisión industriales se suelen combinar las emisiones puntuales, fácilmente controlables, con emisiones difusas de difícil control.Los tipos de contaminantes producidos por los focos industriales dependen fundamentalmente del tipo de proceso de producción empleado, de la tecnología utilizada y de las materias primas usadas. Las actividades industriales que producen contaminantes atmosféricos son muy variadas, pero los principales focos están en los procesos productivos utilizados en las industrias básicas.
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