Biocombustibles, energías renovables para el futuro y daño de los combustibles fósiles en el medio ambiente (página 3)
El etanol que proviene de los campos de cosechas
(bioetanol) se perfila como un recurso energético
potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas
medioambientales y económicas a largo plazo en
contraposición a los combustibles fósiles. Se
obtiene fácilmente del azúcar o del
almidón en cosechas de
maíz y caña de azúcar,
por ejemplo. Sin embargo, los actuales métodos de
producción de bio-etanol utilizan una
cantidad significativa de energía comparada al valor de la
energía del combustible producido. Por esta razón,
no es factible sustituir enteramente el consumo actual
de combustibles fósiles por bio-etanol.
El etanol como combustible
Contrariamente a lo que suele creerse, en la combustión, el etanol produce más
gases de
efecto
invernadero que la gasolina. Por cada gigajulio (GJ) obtenido
del etanol puro al arder, produce 71,35 kg de dióxido de
carbono. Si se
considera la gasolina como octano puro, la producción
sería de 67,05 kilogramos por gigajulio (GJ): a igualdad de
energía producida en la combustión, el etanol
produce un 6% más de dióxido de carbono que la
gasolina, lo cual puede poner en duda la idea, de que es
más ecológico.
Para buscar una ventaja ambiental en este combustible,
habría que recurrir al dióxido de la atmósfera absorbido
durante el crecimiento de la planta que produce el etanol (que no
se volvería a emitir si no se quemara), así como en
los procesos de
transformación que sufren las materias primas antes de ser
un combustible utilizable o también demostrando que los
motores que
utilicen etanol tengan un rendimiento mayor que los de gasolina
(por lo dicho, bastaría que fuesen un 6% más
eficientes).
Sin entrar en cifras, a menudo muy discutidas, desde un
punto de vista a largo plazo no se debe despreciar el hecho de
que sea un combustible renovable, y por lo tanto inagotable, al
contrario que el
petróleo. Este punto de vista resulta quizá un
poco superficial, puesto que había que calcular la
cantidad de tierras que habría que labrar para conseguir
suplir las inmensas cantidades de combustible que requiere, y
requerirá, la actividad
humana.Fuentes y proceso de
fabricación
Fermentación
Desde la antigüedad se obtiene el etanol por
fermentación anaeróbica de azúcares
con levadura en solución acuosa y posterior
destilación. La aplicación principal
tradicional ha sido la producción de bebidas
alcohólicas.
Hoy en día se utilizan tres tipos de materias
primas para la producción a gran escala de etanol
de origen biológico (bioetanol):
- Sustancias con alto contenido de sacarosa
- caña de azúcar
- remolacha
- melazas
- sorgo dulce
- Sustancias con alto contenido de
almidón - maíz
- patata
- yuca
- Sustancias con alto contenido de celulosa
- madera
- residuos agrícolas
El proceso a partir de almidón es más
complejo que a partir de sacarosa porque el almidón debe
ser hidrolizado previamente para convertirlos en azúcares.
Para ello se mezcla el vegetal triturado con agua y con una
enzima (o en su lugar con ácido) y se calienta la papilla
obtenida a 120 – 150ºC. Luego se cuela la masa, en un
proceso llamado escarificación, y se envía a los
reactores de fermentación.
A partir de celulosa es
aun más complejo porque primero hay que pre-tratar la
materia
vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las
enzimas
hidrolizantes. El pre-tratamiento puede consistir en una
combinación de trituración, pirolisis y ataque con
ácidos
y otras sustancias. Esto es uno de los factores que explican por
qué los rendimientos en etanol son altos para la
caña de azúcar, mediocres para el maíz y
bajos para la madera.
La fermentación de los azúcares es llevada
a cabo por microorganismos (levaduras o bacterias) y
produce etanol así como grandes cantidades de
CO2. Además produce otros compuestos oxigenados
indeseables como el metanol, alcoholes
superiores, ácidos y aldehídos. Típicamente
la fermentación requiere unas 48 horas.
En la actualidad tres países han desarrollado
programas
significativos para la fabricación de bioetanol como
combustible: Estados Unidos (a partir de maíz),
Brasil y
Colombia (ambos a
partir de caña de azúcar). El etanol se puede
producir a partir de varios otros tipos de cultivos, como
remolachas, zahína, mijo perenne, cebada,
cáñamo, kenaf, patatas, mandioca y girasol.
También puede extraerse de múltiples tipos de
celulosa "no útil". Esta producción a gran escala
de alcohol
agrícola para utilizarlo como combustible
requiere importantes cantidades de tierra
cultivable con agua y suelos
fértiles.
En cambio es
menos atractiva para las regiones con alta densidad de
población e industrializadas como Europa
occidental, o para las regiones que al roturar nuevas tierras
para labranza disminuyen las dedicadas a recursos
naturales importantes como las selvas lluviosas. Se pueden
obtener cantidades más reducidas de alcohol combustible de
los tallos, de elementos reciclados, de la paja, de las mazorcas
de maíz, y de productos
sobrantes de las granjas que ahora se utilizan para hacer
piensos, fertilizantes, o que se utilizan como combustibles de
plantas de
energía
eléctrica. De hecho, EEUU podría conseguir todo
el etanol que necesita usando una mezcla de, por ejemplo, los
tallos (parte no aprovechada) del maíz y de la planta de
maíz, sin roturar más tierras de labrantío
(sin embargo habría que cultivar más tierra para
substituir las partes de la planta, usadas por muchos granjeros
como fuente barata, confiable y limpia de piensos o
fertilizantes).
Purificación
El método
más antiguo para separar el etanol del agua es la destilación simple, pero la pureza
está limitada a un 95-96% debido a la formación de
un azeótropo de agua-etanol de bajo punto de
ebullición. En el transcurso de la destilación hay
que desechar la primera fracción que contiene
principalmente metanol, formado en reacciones secundarias.
Aún hoy, éste es el único método
admitido para obtener etanol para el consumo humano.
Para poder utilizar
el etanol como combustible mezclándolo con gasolina, hay
que eliminar el agua hasta
alcanzar una pureza del 99,5 al 99,9%. El valor exacto depende de
la temperatura,
que determina cuándo ocurre la separación entre las
fases agua e hidrocarburos.
Para obtener etanol libre de agua se aplica la
destilación aceotrópica en una mezcla con benceno o
ciclohexano. De estas mezclas se
destila a temperaturas más bajas el azeótropo,
formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras que el
etanol se queda retenido. Otro método de
purificación muy utilizado actualmente es la adsorción
física mediante tamices
moleculares.Mezclas combustibles con
etanol
Generalmente, cuanto mayor es el contenido de etanol en
una mezcla de gasohol, más baja es su conveniencia para
los motores corrientes de automóvil. El etanol puro
reacciona o se disuelve con ciertos materiales de
goma y plásticos
y no debe utilizarse en motores sin modificar. Además, el
etanol puro tiene un octanaje mucho más alto que la
gasolina común requiriendo por tanto cambiar el cociente
de compresión o la sincronización
de la chispa para obtener el rendimiento máximo.
Cambiar un coche que utilice gasolina pura como combustible a un
coche que utilice etanol puro como combustible, necesita
carburadores y caudales más grandes los motores de etanol
también necesitan un sistema de
arranque en frío para asegurar la suficiente
vaporización con temperaturas por debajo de 13°C
método para medir la cantidad de combustibles alternativos
en EE.UU. es mediante “galones equivalentes de
gasolina” (GEG), en España se
suelen utilizar las toneladas
equivalentes de petróleo (tep). En 2002, EE.UU.
utilizaron como combustible una cantidad de etanol igual a 137
petajulios (PJ), la energía de 1,13 mil millones galones
de EE.UU. (ó 4.280.000 m³) de gasolina, lo que
representa menos del 1% del total de combustible usado ese
año.
Para maximizar la combustión y reducir al
mínimo la no combustión de etanol no vaporizado.
Sin embargo, una mezcla de gasolinas con un 10 a un 30% de
etanol, no necesita en general ninguna modificación del
motor. La
mayoría de coches modernos pueden funcionar con estas
mezclas sin ningún problema.
El gasohol E10, la variante más común, se
ha introducido por toda Dinamarca, y en 1989, Brasil produjo 12
mil millones litros de etanol para combustible a partir de la
caña de azúcar, que fue utilizado para mover 9.2
millones de coches. También suele estar disponible en el
medio-Oeste de Estados Unidos y
es el único tipo de gasolina que puede ser vendida en
el estado de
Minnesota. Las mezclas similares incluyen el E5 y el E7. Estas
concentraciones son generalmente seguras para los últimos
motores de automóvil, sin modificar, y algunas regiones y
municipios asignan por mandato los límites en
la cantidad de etanol en los combustibles vendidos. Un
método para medir la cantidad de combustibles alternativos
en EE.UU. es mediante “galones equivalentes de
gasolina” (GEG), en España se suelen utilizar las
toneladas
equivalentes de petróleo (tep). En 2002, EE.UU.
utilizaron como combustible una cantidad de etanol igual a 137
petajulios (PJ), la energía de 1,13 mil millones galones
de EE.UU. (ó 4.280.000 m³) de gasolina, lo que
representa menos del 1% del total de combustible usado ese
año.Producción y uso
Etanol como combustible en Colombia
El programa para
etanol como combustible de Colombia comenzó en 2002
año en que el gobierno
aprobó una ley que obligaba
al enriquecimiento en oxígeno
de la gasolina. Esto se hizo inicialmente para reducir las
emisiones de monóxido de carbono de los coches.
Regulaciones más recientes eximieron al etanol elaborado a
partir de biomasa de algunos impuestos que
gravan la gasolina, haciendo así más barato el
etanol que la gasolina. Esta tendencia se vio reforzada cuando
los precios del
petróleo subieron a principios de
2004 y con él el interés en
combustibles renovables (al menos para los coches). En Colombia
el precio de la
gasolina y del etanol es controlado por el gobierno.
Complementariamente a este programa para el etanol existe un
programa para el biodiesel para oxigenar combustible diesel y
para producir un combustible renovable a partir del aceite
vegetal.
Al principio todo el interés en la
producción del etanol venía de la industria de
azúcar existente, ya que es relativamente fácil
añadir un módulo para desarrollar etanol al final
de una fábrica de azúcar y las necesidades
energéticas son similares a las que se necesitarían
para producir el azúcar. El gobierno alienta a convertir
gradualmente las fuentes de
combustible de los coches a una mezcla del 10 por ciento de
etanol y de 90 por ciento de gasolina. Las plantas del etanol
están siendo incentivadas por tratos fiscales. Ha habido
interés en plantas de etanol de yuca (mandioca) y
de nuevas plantaciones de la caña de azúcar, pero
aún no se ha conseguido producir carbohidratos
a bajo precio.
La primera planta de etanol (para usarlo como
combustible) en Colombia comenzó a producir en octubre de
2005, con la salida de 300.000 litros al día en Cauca.
Hasta marzo de 2006 cinco plantas, todas en el valle del
Río Cauca (departamentos de Valle, Cauca y Risaralda),
están operativas con una capacidad combinada de 1.050.000
litros por día o de 357 millones de litros por año.
En el Valle del Cauca el azúcar se cosecha durante todo el
año y las destilerías nuevas tienen una
disponibilidad muy alta. La inversión total en estas plantas es $100
millones. Eventualmente, Colombia espera tener una capacidad de
2.500.000 litros por el día, que es el la cantidad
necesaria para agregar el 10% de etanol a la gasolina. El etanol
producido se utiliza actualmente en las principales ciudades
cerca del Valle del Cauca, tal como Cali y Pereira, como
también en la capital,
Bogotá. No hay suficiente producción para el resto
del país.Etanol e
hidrógeno
El hidrógeno se está analizando como
combustible alternativo, creando la economía del hidrógeno. Dado que el
hidrógeno en su estado gaseoso
ocupa un volumen muy
grande comparado a otros combustibles, la logística se convierte en un difícil
problema. Una posible solución es utilizar el etanol para
transportar el hidrógeno (en la molécula de
etanol), para después liberar el hidrógeno del
carbono asociado en un reformador de
hidrógeno y así alimentar una celda de
combustible con el hidrógeno liberado. Alternativamente,
algunas celdas de combustible (Direct Ethanol Fuel Cell DEFC) se
pueden alimentar directamente con etanol o metanol. A fecha de
2005, las células de
combustible pueden procesar el metanol más eficientemente
que el etanol.
A principios de 2004, los investigadores de la universidad de
Minnesota anunciaron la invención de un reactor simple de
etanol, con el que se alimentaría, y a través de un
apilado de catalizadores, emitiría en la salida
hidrógeno que podría ser utilizado en las celdas de
combustible. El dispositivo utiliza un catalizador del
rodio-cerio para la reacción inicial, lo cual ocurre a una
temperatura de cerca de 700 °C. Esta reacción inicial
mezcla el etanol, el vapor de agua, y el oxígeno y produce
considerables cantidades de hidrógeno. Desafortunadamente,
también da lugar a la formación de monóxido
de carbono, una sustancia que obstruye la mayoría de las
células de combustible y se debe pasar a través de
otro catalizador en el que se convertirá en
El monóxido de carbono inodoro, descolorido, e
insípido también representa un peligro
tóxico significativo si se escapa a través de la
celda de combustible en el extractor, o si escapa en los
conductos entre las secciones catalíticas se
escapan
los últimos productos del dispositivo son
gas de
hidrógeno, casi 50%, y nitrógeno, 30%, con el 20%
restante que es sobre todo dióxido de carbono. El
nitrógeno y el dióxido de carbono son bastante
inertes cuando la mezcla se bombea en una célula de
combustible apropiada. El dióxido de carbono se lanza
nuevamente dentro de la atmósfera, donde puede ser
reabsorbido por la planta de la que se extrae el etanol cerrando
así el ciclo. No se lanza nada de dióxido de
carbono neto, aunque se podría discutir que mientras
está en la atmósfera, actúa como gas
invernadero.Efectos ambientales
Contaminación del aire
Comparado con la gasolina sin plomo convencional, el
etanol es una fuente de combustible que arde formando
dióxido de carbono y agua, como la gasolina. Para cumplir
la normativa de emisiones se requiere la adición de
oxigeno para
reducir emisiones del monóxido de carbono. El aditivo
metil tert-butil éter actualmente se está eliminado
debido a la contaminación del agua subterránea,
por lo tanto el etanol se convierte en un atractivo aditivo
alternativo. Como aditivo de la gasolina, el etanol al ser
más volátil, se lleva consigo gasolina, lanzando
así más compuestos
orgánicos volátiles (VOCs Volatil Organic
Compounds).
El uso de etanol puro en lugar de gasolina en un
vehículo aumenta las emisiones totales del dióxido
de carbono, por cada kilómetro, en un 6%. Si de
algún modo se reduce la emisión total, pudiera
deberse al proceso agrícola que se necesita para crear el
biofuel que produce ciertas emisiones del CO.
Considerando el potencial del etanol para reducir
la
contaminación, es igualmente importante considerar el
potencial de contaminación del medio ambiente
que provenga de la fabricación del etanol. En 2002, la
supervisión de las plantas del etanol
reveló que lanzaron VOCs en una tasa mucho más alta
que la que se había divulgado anteriormente. Se producen
VOCs cuando el puré fermentado de maíz se seca para
venderlo como suplemento para la alimentación del
ganado. Se pueden unir a las plantas oxidantes termales u
oxidantes catalíticos para consumir los gases
peligrosos.
Efectos del etanol en la agricultura
Los ecologistas han hecho algunas objeciones a muchas
prácticas agrícolas modernas, incluyendo algunas
prácticas útiles para hacer el bioetanol más
competitivo. Los efectos a los campos afectarían
negativamente a la producción para consumo alimentario de
la población.
Ventajas de los biocarburantes
Disminuir de forma notable las principales
emisiones de los vehículos, como son el
monóxido de carbono y los hidrocarburos volátiles,
en el caso de los motores de gasolina, y las partículas,
en el de los motores diesel.
La producción de biocarburantes supone una
alternativa de uso del suelo que evita
los fenómenos de erosión y
desertificación a los que pueden quedar expuestas aquellas
tierras agrícolas que, por razones de mercado,
están siendo abandonadas por los
agricultores.
Supone un ahorro de
entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2 producidas por los
combustibles derivados del
petróleo, constituyendo así un elemento
importante para disminuir los gases invernadero producidos por el
transporte.
El consumo mundial de biocarburantes se cifra en
torno a 17
millones de toneladas anuales, correspondiendo la práctica
totalidad de la producción y consumo al bioetanol. Brasil,
con alrededor de 90 millones de toneladas anuales y Estados
Unidos, con una producción estimada para este año
de casi 50 millones de toneladas, son los países mas
importantes en la producción y uso de biocarburantes. En
Brasil el bioetanol se obtiene de la caña de azúcar
y su utilización se realiza principalmente en mezclas al
20% con la gasolina. En Estados Unidos el bioetanol se produce a
partir del maíz y se emplea en mezclas con gasolina,
generalmente al 10%. En la actualidad, este último
país ha sustituido casi el 2% de su gasolina por
bioetanol.
El biodiesel, utilizado como combustible líquido,
presenta ventajas energéticas, medioambientales y
económicas:
·
Desarrollo
sostenibletanto en agricultura
como en energía.
·
Menor impacto
ambiental:
o
Reducción de las emisiones contaminantes: SO2,
partículas, humos visibles, hidrocarburos y compuestos
aromáticos.
o
Efectos positivos para la salud, ya que reduce
compuestos cancerígenos como PAH y PADH.
·
Reduce el calentamiento
global:
o
Reduce el CO2 en el ambiente
cumpliendo el protocolo de
Kyoto.
o
Balance energético positivo (3,24:1).
o
80% del ciclo de vida
decrece en CO2.
o
Producto biodegradable: Se degrada el 85% en 28
días.
·
Desarrollo local y regional:
o
Cohesión económica y social.
o
Creación de puestos de trabajo.
·
Industrial:
o
Puede sustituir a los gasóleos convencionales en
motores, quemadores y turbinas.
o
Se puede utilizar en flotas de autobuses, taxis y
maquinaria agrícola.
·
Favorece el mercado doméstico.
·
Reducción de la importación de combustibles:
Obtención y producción
Los biocombustibles son productos obtenidos a partir del
girasol, caña de azúcar o remolacha. El proceso de
obtención de biodiesel a partir de aceites vegetales,
grasas
animales y
aceites de fritura
usados, para su uso como combustible Diesel,
El proceso comprende la transesterificación del
aceite o grasa con alcoholes ligeros, utilizándose un
catalizador adecuado, para generar ésteres de
ácidos grasos (biodiesel). El alcohol que generalmente se
utiliza es metanol, aunque se pueden utilizar otros alcoholes
ligeros, como etanol, propanol o butanol. Como coproducto se
obtiene glicerina, que se puede utilizar en otros procesos de
interés industrial, suponiendo un factor positivo desde el
punto de vista económico. Para la producción de
1.005 kilos de biodiesel, son necesarios 110 kilos de metanol, 15
de catalizador y mil de aceite, además de 4,29 metros
cúbicos de agua. Este procedimiento
permite además la obtención de cien kilos de
glicerina como subproducto. Estos datos indican que
el balance energético de este procedimiento es
positivo.
Materias primas
Las materias primas que se pueden emplear en la
obtención de biodiesel son muy variadas y pueden
clasificarse en:
·
Aceites vegetales:
o
Aceites de semillas oleaginosas: girasol, colza, soja y
coco.
o
Aceites de frutos oleaginosos: palma.
o
Aceites de semillas oleaginosas alternativas: Brassica
carinata, Camelina sativa, Pogianus
o
Aceites de semillas oleaginosas modificadas
genéticamente: Aceite de girasol de alto
oleico.
o
Aceites vegetales de final de campaña: Aceite de
oliva de alta acidez.
·
Aceites de fritura usados.
·
Grasas animales: sebo de distintas calidades
Tecnologías alternativas para la
producción de energía
Gasificación: Conversión de la biomasa en
combustible gaseosos para producir calor y
electricidad a
partir de la utilización de motores gaseosos
generadores.
Combustión: La combustión de la biomasa
produce calor y electricidad empleando generadores de turbinas de
vapor.
Pirolisis: Descomposición termal de la biomasa
sometiéndola a altas temperaturas en ausencia de aire y
oxígeno.
Co-generación: Es la combustión de la
biomasa como sustituto parcial del carbón.
Fermentación alcohólica:
Producción de combustible alcohólico a partir de la
transformación del almidón en azúcar y de la
fermentación de azúcar a alcohol.
Gasificación – Síntesis
de Combustible: Empleo de la
gasificación y del proceso de refinado de los combustibles
para la producción de metanol.
Transesterificación: Implica la
combinación de aceites orgánicos y alcohol para
formar ésteres lipídicos como el etil o metil
éster. Se denomina biodiesel al combustible
final.
Digestión anaeróbica:
Producción de gas metano por
medios
biológicos en condiciones anaerobias.
Microturbinas: Producción de electricidad a
partir de la biomasa mediante el uso de turbinas más
pequeñas.
Las
energías renovables fuentes inagotables y
seguras
El
aprovechamiento por el hombre de
las fuentes de energía renovable, entre ellas la energía
solar, eólica e hidráulica, es muy antiguo;
desde muchos siglos antes de nuestra era ya se utilizaban y su
empleo continuó durante toda la historia hasta la llegada de
la "Revolución
Industrial", en la que, debido al bajo precio del petróleo,
fueron abandonadas.
Durante los
últimos años, debido al incremento del coste de los
combustibles fósiles y los problemas
medioambientales derivados de su explotación, estamos
asistiendo a un renacer de las energías
renovables.
Las
energías renovables son inagotables, limpias y se pueden
utilizar de forma autogestionada (ya que se pueden aprovechar en
el mismo lugar en que se producen). Además tienen la
ventaja adicional de complementarse entre sí, favoreciendo
la integración entre ellas. Por ejemplo, la
energía solar fotovoltaica suministra electricidad los
días despejados (por lo general con poco viento, debido al
dominio del
anticiclón), mientras que en los días fríos
y ventosos, frecuentemente nublados, son los aerogeneradores los
que pueden producir mayor energía
eléctrica.
Energía solar
La energía solar es la energía obtenida
directamente del Sol. La radiación solar incidente en
la Tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o
directamente a través del aprovechamiento de la radiación
en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de
energía renovable y limpia, lo que se conoce como
energía verde.
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 superior a los 1000
W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la
conoce como irradiación.
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 direcciones.
La irradiación directa normal (o perpendicular a
los rayos solares), 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.)
La energía solar pasiva es el aprovechamiento de
la energía solar de forma directa, sin transformarla en
otro tipo de energía para su utilización. Dicho de
otro modo, es aquella que no requiere sistemas
mecánicos ni aporte externo de energía, aunque
puede ser complementada por ellos.
El método más sencillo para la
captación solar es el de la conversión
fotovoltaica, que consiste en convertir la energía solar
en energía eléctrica por medio de células
solares. Estas células están elaboradas a base de
silicio puro con adición de impurezas de ciertos elementos
químicos, y son capaces de generar cada una de 2 a 4
Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V, utilizando como materia prima
las radiaciones solares. Admiten tanto la radiación
directa como la difusa, lo que quiere decir que se puede
conseguir energía eléctrica incluso en días
nublados. Las células se montan en serie sobre paneles o
módulos solares para conseguir un voltaje adecuado a las
aplicaciones eléctricas; los paneles captan la
energía solar transformándola directamente en
eléctrica en forma de corriente continua, que será
preciso almacenar en acumuladores, para, si se desea, poder
utilizarla fuera de las horas de luz.
Energía solar térmica
La energía solar térmica o energía
termosolar, consiste en el aprovechamiento de la energía
del sol para producir calor que puede aprovecharse para la
producción de agua caliente destinada al consumo de agua
doméstico, ya sea agua caliente sanitaria,
calefacción, o para producción de energía
mecánica y a partir de ella, de
electricidad. Adicionalmente puede emplearse para
alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que
emplea calor en lugar de electricidad para producir frío
con el que se puede acondicionar el aire de los locales.
Producción de agua caliente para los usos
sanitarios
En cuanto a la generación de agua caliente para
usos sanitarios, hay dos tipos de instalaciones: las de circuito
abierto y las de circuito cerrado. En las primeras, el agua de
consumo pasa directamente por los colectores solares. Este
sistema reduce costos y es
más eficiente (energéticamente hablando), pero
presenta problemas en zonas con temperaturas por debajo del punto
de congelación del agua, así como en zonas con alta
concentración de sales que acaban obstruyendo los
paneles.
Equipos para su utilización
Especialmente populares son los equipos
domésticos compactos, compuestos típicamente por un
depósito de unos 150 litros de capacidad y dos colectores
de un 1 metro cuadrados cada uno. Estos equipos, disponibles
tanto con circuito abierto como cerrado, pueden suministrar el
90% de las necesidades de agua caliente anual para una familia de 4
personas, dependiendo de la radiación y el uso. Estos
sistemas evitan la emisión de hasta 4'5 toneladas de
emisiones de gases nocivos para la atmósfera. El tiempo aproximado de
retorno energético (tiempo
necesario para ahorrar la energía empleada en fabricar el
aparato) es de un año y medio aproximadamente; La vida
útil de algunos equipos puede superar los 25 años
con un mantenimiento
mínimo, dependiendo de factores como la calidad del
agua.
Es habitual encontrarse con instalaciones en las que el
acumulador contiene una resistencia
eléctrica de apoyo, que actúa en caso de que el
sistema no sea capaz de alcanzar la temperatura de uso
(normalmente 40ºC). En algunos países se
comercializan equipos que utilizan el gas como apoyo.
En muchos países hay subvenciones para el uso
doméstico de energía solar, en cuyos casos una
instalación doméstica puede amortizarse en unos 5 o
6 años. El 29 de septiembre de 2.006 ha entrado en vigor
en España la obligatoriedad de implantar sistemas de agua
caliente sanitaria con energía solar en todas las
nuevas edificaciones, con el objetivo de
cumplir con el protocolo de Kioto.
Energía solar fotovoltaica
Se denomina energía solar fotovoltaica a una
forma de obtención de energía eléctrica a
través de paneles fotovoltaicos.
Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos
están formados por dispositivos semiconductores
tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y
provocan saltos electrónicos, generando una pequeña
diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie
de varios de estos fotodiodos permite la obtención de
voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para
alimentar pequeños dispositivos
electrónicos.
A mayor escala, la corriente
eléctrica continua que proporcionan los paneles
fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna
e inyectar en la red eléctrica,
operación que es muy rentable económicamente pero
que precisa todavía de subvenciones para una mayor
viabilidad.
El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se
genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en
corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente
alterna. Mediante un centro de transformación se eleva a
Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las
redes de
transporte de la compañía.
En entornos aislados, donde se requiere poca potencia
eléctrica y el acceso a la red es difícil, como
estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas
fotovoltaicas como alternativa económicamente
viable.
Producción de energía solar
fotovoltaica
Alemania es en la actualidad el segundo productor
mundial de energía solar fotovoltaica tras Japón,
con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol,
aunque sólo representa el 0,03% de su producción
energética total. La venta de paneles
fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la
década de los noventa. En la Unían europea el
crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene
el 80% de la potencia instalada.
El crecimiento actual de las instalaciones solares
fotovoltaicas está limitado, en el 2006 por la falta de
materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar
copadas las fuentes actuales. Diversos planes se han establecido
para nuevas factorías de este material en todo el mundo,
incluyendo en Mayo de 2006 la posibilidad de que se instale una
en España con la colaboración de los principales
actores del mercado. La inyección en red de la
Energía solar fotovoltaica, está probada por el
Gobierno Español
con el 575 % del valor del kilowatio hora normal. Lo que
corresponde con unos 0,44 céntimos por cada kwh que se
inyecte en red.
Actualmente, el acceso a la red eléctrica en
España requiere una serie de permisos de la
administración y la autorización de la
compañía eléctrica distribuidora de la zona.
Esta tiene la obligación de dar punto de enganche o
conexión a la red eléctrica, pero en la
práctica el papeleo y la reticiencia de las
eléctricas están frenando el impulso de las
energías renovables. Las eléctricas buscan motivos
técnicos como la saturación de la red para
controlar sus intereses en otras fuentes energéticas y con
la intención de bloquear la iniciativa de los
pequeños productores de energía solar fotovoltaica.
Esta situación provoca una grave contradicción
entre los objetivos de
la Unión
Europea para impulsar las energías limpias y la
realidad de una escasa liberalización en España del
sector energético que impide el despegue y la libre
competitividad
de las energías renovables.
Rendimiento
Cada sistema tiene diferentes rendimientos. Los
típicos de una célula fotovoltaica (aislada) de
silicio policristalino oscilan alrededor del 10%. Para
células de silicio monocristalino, los valores
oscilan en el 15%. Los más altos se consiguen con los
colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede
alcanzar el 70% de transferencia de energía solar a
térmica).
También la energía solar
termoeléctrica de baja temperatura, con el sistema de
nuevo desarrollo, ronda el 50% en sus primeras versiones. Tiene
la ventaja que puede funcionar 24 horas al día a base de
agua caliente almacenada durante las horas de
sol.Usos de la energía solar
Entre los posibles usos de la energía solar,
figuran:
- Centrales termosolares
- Potabilización de agua
- Destilación
- Evaporación
- Fotosíntesis
- Secado
- Acondicionamiento y ahorro de energía en
edificaciones - Calentamiento de agua
- Calefacción doméstica
- Iluminación
- Refrigeración
- Acondicionamiento de aire
- Energía para pequeños
electrodomésticos
Energía eólica
La energía eólica es la que se obtiene por
medio del viento, es decir mediante la utilización de la
energía cinética generada por efecto de las
corrientes de aire.
El término eólico viene del
latín Aeolicus, perteneciente a Éolo, dios
de los vientos en la mitología
griega y, por tanto, perteneciente al viento. 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. Es
un tipo de energía verde.
La energía del viento está relacionada con
el movimiento de
las masas de aire que desplazan desde áreas de alta
presión
atmosférica hacia áreas adyacentes de baja
presión, con velocidades proporcionales al (gradiente de
presión).
Los vientos son generados a causa del calentamiento no
uniforme de la superficie terrestre por parte de la
radiación solar, entre el 1 y 2% de la energía
proveniente del sol se convierte en viento. De día, la
masa de aire sobre los océanos, los mares y los lagos se
mantienen fríos con relación a las áreas
vecinas situadas sobre las masas continentales.
Los continentes absorben una menor cantidad de luz
solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se
expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El
aire más frió y más pesado que proviene de
los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento
para ocupar el el lugar dejado por el aire caliente.
Para poder aprovechar la energía eólica es
importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y
estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del
viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las
ráfagas en espacios de tiempo breves, y valores
máximos ocurridos en series históricas de datos con
una duración mínima de 20 años. Es
también importante conocer la velocidad máxima del
viento. Para poder utilizar la energía del viento, es
necesario que este alcance una velocidad mínima de 12
km/h, y que no supere los 65 km/h [1].
La energía del viento es utilizada mediante el
uso de máquinas
eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la
energía eólica en energía mecánica de rotación, utilizable sea
para accionar directamente máquinas operatrices, sea que,
para la producción de energía eléctrica: en
este último caso, el sistema de conversión, (que
comprende un generador eléctrico con sus sistemas de
control y de conexión a la red) es conocido como
aerogenerador.
Micro generadores eolicos
Esta modalidad de producción de energía
eléctrica ya era conocida y utilizada en la primera mitad
del siglo XX, sin embargo entonces se utilizaba en lugares
aislados, desprovistos de redes de transmisión, y
principalmente en el medio rural.
El gran salto adelante de la nueva introducción de los micros generadores
eólicos de 1 kw en el mercado está en la
posibilidad de interconectarlos a la red, de forma que la
energía de la red de distribución solo se utilizará
cuando la generación propia no sea
suficiente.Ventajas de la energía
eólica
- Es un tipo de energía renovable ya que tiene
su origen en procesos atmosféricos debidos a la
energía que llega a la Tierra procedente del
Sol. - Es una energía limpia ya que no produce
emisiones atmosféricas ni residuos
contaminantes. - No requiere una combustión que produzca
dióxido de carbono (CO2), por lo que no
contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio
climático. - Puede instalarse en espacios no aptos para otros
fines, por ejemplo en zonas desérticas, próximas
a la costa, en laderas áridas y muy empinadas para ser
cultivables. - Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo
prados para uso ganadero o cultivos bajos como trigo,
maíz, papas, remolacha, etc. - Crea un elevado número de puestos de trabajo
en las plantas de ensamblaje y las zonas de
instalación. - Su instalación es rápida, entre 6 meses
y un año. - Su inclusión en un sistema ínter ligado
permite, cuando las condiciones del viento son adecuadas,
ahorrar combustible en las centrales térmicas y/o agua
en los embalses de las centrales
hidroeléctricas. - Su utilización combinada con otros tipos de
energía, habitualmente la solar, permite la
autoalimentación de viviendas, terminando así con
la necesidad de conectarse a redes de suministro, pudiendo
lograrse autonomías superiores a las 82 horas, sin
alimentación desde ninguno de los 2
sistemas. - Posibilidad de construir parques eólicos en el
mar, donde el viento es más fuerte, más constante
y el impacto social es menor, aunque aumentan los costes de
instalación y mantenimiento. Los parques offshore son
una realidad en los países del norte de Europa, donde la
generación eólica empieza a ser un factor
bastante importante.
Inconvenientes de la energía
eólica
Debido a la falta de seguridad en la
existencia de viento, la energía eólica no puede
ser utilizada como única fuente de energía
eléctrica. Además, la variabilidad en la
producción de energía eólica tiene 2
importantes consecuencias:
- Para evacuar la electricidad producida por cada
parque eólico (que suelen estar situados además
en parajes naturales apartados) es necesario construir unas
líneas de alta tensión que sean capaces de
conducir el máximo de electricidad que sea capaz de
producir la instalación. Sin embargo, la media de
tensión a conducir será mucho más baja.
Esto significa poner cables 4 veces más gruesos, y a
menudo torres más altas, para acomodar correctamente los
picos de viento.
- Es necesario suplir las bajadas de tensión
eólicas "instantáneamente" (aumentando la
producción de las centrales térmicas), pues sino
se hace así se producirían, y de hecho se
producen apagones generalizados por bajada de tensión.
Este problema podría solucionarse mediante dispositivos de
almacenamiento de energía eléctrica. Pero la
energía eléctrica producida no es almacenable: es
instantáneamente consumida o perdida.
Aspectos medioambientales
- Generalmente se combina con centrales
térmicas, lo que lleva a que existan quienes critican
que realmente no se ahorren demasiadas emisiones de
dióxido de carbono. - Al comienzo de su instalación, los lugares
seleccionados para ello coincidieron con las rutas de las
aves migratorias, o zonas donde las
aves
aprovechan vientos de ladera, lo que hace que entren en
conflicto
los aerogeneradores con aves y murciélagos.
Afortunadamente los niveles de mortandad son muy bajos en
comparación con otras causas, Aunque algunos expertos
independientes aseguran que la mortandad es alta
- Actualmente los estudios de impacto ambiental
necesarios para el reconocimiento del plan del parque
eólico tienen en consideración la
situación ornitológica de la zona. Además,
dado que los aerogeneradores actuales son de baja velocidad de
rotación, el problema de choque con las aves se
está reduciendo. - El impacto paisajístico es una nota importante
debido a la disposición de los elementos horizontales
que lo componen y la aparición de un elemento vertical
como es el aerogenerador. Producen el llamado efecto
discoteca: este efecto aparece cuando el sol
está por detrás de los molinos y las sombras de
las aspas se proyectan con regularidad sobre los jardines y las
ventanas, parpadeando de tal modo que la gente denominó
este fenómeno: “efecto discoteca”. Esto,
unido al ruido, puede
llevar a la gente hasta un alto nivel de estrés,
con efectos de consideración para la salud. No obstante,
la mejora del diseño de los aerogeneradores ha
permitido ir reduciendo el ruido que producen. - La apertura de pistas y la presencia de operarios en
los parques eólicos hace que la presencia humana sea
constante en lugares hasta entonces poco transitados. Ello
afecta también a la fauna.
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, caso contrario es considerada solo
una forma de energía renovable.
Se puede transformar a muy diferentes escalas,
existiendo desde hace siglos pequeñas explotaciones en las
que la corriente de un río mueve un rotor de palas y
genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales.
Sin embargo, la utilización más significativa la
constituyen las centrales hidroeléctricas de represas,
aunque estas últimas no son consideradas formas de
energía verde por el alto impacto ambiental que producen y
por el uso de grandes cantidades de combustible fósil para
los generadores.
//
Origen
El origen de la energía hidráulica
está en el ciclo hidrológico de las lluvias y, por
tanto, en la evaporación solar y la climatología,
que remontan grandes cantidades de agua a zonas elevadas de los
continentes alimentando los ríos. Este proceso está
originado, de manera primaria, por la radiación
solar que recibe la Tierra.
Estas características hacen que sea significativa
en regiones donde existe una combinación adecuada de
lluvias, desniveles geológicos y orografía
favorable para la construcción de presas. Es debida a la
energía potencial contenida en las masas de agua que
transportan los ríos, provenientes de la lluvia y del
deshielo. Puede ser utilizada para producir energía
eléctrica mediante un salto de agua, como se hace en las
centrales hidroeléctricas.
- Ventajas: se trata de una energía renovable y
limpia, de alto rendimiento energético. - Inconvenientes: la constitución del embalse supone la
inundación de importantes extensiones de terreno, a
veces áreas fértiles o de gran valor
ecológico, así como el abandono de pueblos y el
desplazamiento de las poblaciones.
Características
La energía hidráulica tiene la cualidad de
ser renovable, pues no agota la fuente primaria al explotarla, y
es limpia, ya que no produce en su explotación sustancias
contaminantes de ningún tipo. Sin embargo, el impacto
medioambiental de las grandes presas, por la severa
alteración del paisaje e, incluso, la inducción de un microclima diferenciado en
su emplazamiento, ha desmerecido la bondad ecológica de
este concepto en los
últimos años.
Al mismo tiempo, la madurez de la explotación
hace que en los países desarrollados no queden apenas
ubicaciones atractivas por desarrollar nuevas centrales
hidroeléctricas, por lo que esta fuente de energía,
que aporta una cantidad significativa de la energía
eléctrica en muchos países, no permite un
desarrollo adicional excesivo. Recientemente se están
realizando centrales minihidroeléctricas, mucho más
respetuosas con el ambiente y que se benefician de los progresos
tecnológicos, logrando un rendimiento y una viabilidad
económica razonables.
Central hidroeléctrica
Una central hidroeléctrica es aquella que se
utiliza para la generación
de energía eléctrica mediante el
aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada
en una presa situada a más alto nivel que la
central.
El agua es conducida mediante una tubería de
descarga a la sala de máquinas de la central, donde
mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la
generación de energía eléctrica en
alternadores.
Características de una central
hidroeléctrica
Las dos características principales de una
central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su
capacidad de generación de electricidad son:
- La potencia, que es función
del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el
nivel medio aguas abajo de la usina, y del caudal máximo
turbinable, además de las características de la
turbina y del generador - La energía garantizada, en un lapso de tiempo
determinado, generalmente un año, que es función
del volumen útil del embalse, y de la potencia
instalada.
La potencia de una central puede variar desde unos pocos
MW (megawatts), hasta 10 MW se consideran minicentrales. En
Paraguay y
Brasil se encuentra la mayor central hidroeléctrica del
mundo, la Itaipú que tiene una potencia instalada de
14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.
Conclusiones
El uso indiscriminado de los combustibles fósiles
contribuye a uno de los más grandes problemas
ambientales, que es el efecto invernadero mediante la
producción de gases invernaderos como es el
CO2.
La producción y comercialización de nuevos combustibles no
tan dañinos como los derivados del petróleo, como
son el Biodisel que proviene de de fuentes naturales renovables y
que al combinarse con la gasolina reduce la producción de
de gases invernaderos o del mismo modo utilizando este producto sin
mezclarse con ningún otro aditivo, utilizándose
para reducir las emisiones de gases invernaderos para que nuestro
medio ambiente pueda resurgir.
Unas de las fuentes que no contaminan el medio ambiente
y son renovables son las llamadas energías verdes, que
utilizan fuentes que se pueden aprovechar sin ser destruidas como
es el sol, que por medio de celdas fotovoltaicas es capas de
transformar parte de la energía irradiada por el sol en
energía eléctrica para nuestro consumo.
También una de las fuentes renovables mas utilizadas
en el mundo entero es la energía eolica que utiliza la
energía cinética del viento para mover unas aspas
que producirán energía que será un fruto
provechoso sin contaminar nuestro medio ambiente
Bibliografía
·
Enciclopédia básica ilustrada “lexis 22
bucc/caud” tomo 4 pag. 57-64
·
·
www.rincondelvago.com
·
www.monografias.com
·
Presentación de colômbian Biofuel
Nota de aceptación
Por medio de este trabajo quiero contribuir al
compromiso que tiene el mundo con el medio ambiente, poder
adquirir conocimientos, métodos de estudio y compromiso
con migo mismo y con nuestra comunidad para
llegar así a obtener mi titulo de bachiller con
orientación militar.
Bogota DC. Año 2007
Agradecimientos
Por medio de este trabajo quiero agradecer a todo el
personal
docente del colegio militar caldas, gracias por compartir sus
conocimientos de esa forma tan magnifica por la paciencia y
constancia que han tenido en mi formación
académica, puesto que gracias a ellos pude lograr las
metas esperadas en esta institución.
Del mismo modo quiero agradecer a mi familia por el
apoyo que me han dado, por el amor
incondicional, por todo lo que han hecho por mi, gracias a este
apoyo hoy puedo darles el más grato regalo, ver a su hijo
obtener su titulo de bachiller con orientación
militar.
Autor:
Iván Felipe Chavarro Rojas
Colegio militar Caldas
Departamento de ciencias
Física
Bogota D.C.
2007
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