Energía y Desarrollo Sostenible

Energía Primaria y su Uso Eficiente

Energía Primaria

La energía contenida en las fuentes de energía se distribuye de la siguiente manera:

Energía final: Energía que se utiliza en los puntos de consumo.
Pérdidas en el transporte: Representan el 40% de la energía final consumida en España.
Pérdidas en otras operaciones: Transformaciones y distribución.

Consecuencias del Transporte

El transporte, con su alta dependencia del petróleo, tiene consecuencias significativas:

Mayor dependencia del petróleo: El uso de derivados del petróleo en el transporte es responsable del 25% del CO2 liberado a la atmósfera.

Medidas para un Uso Eficiente de la Energía en el Transporte

Para un uso más eficiente de la energía en el transporte, se pueden implementar las siguientes medidas:

Incremento de la utilización de medios de transporte público.
Conducción eficiente de los vehículos.
Fabricación de vehículos con menor consumo de combustible y diseños más aerodinámicos de menor tamaño.
Desarrollo de combustibles alternativos (biocombustibles o gas natural).
Desarrollo de nuevos sistemas de propulsión.

Biocombustibles

Los biocombustibles son combustibles líquidos o gaseosos obtenidos de la biomasa, de origen vegetal, y se mezclan con combustibles fósiles para su utilización en los motores de explosión. No contienen azufre, por lo que no contribuyen a la lluvia ácida.

Tipos de Biocombustibles:

Biodiesel: Obtenido a partir de semillas (girasol, soja) y de aceites vegetales usados.
Bioetanol: Producido por la fermentación de cultivos vegetales ricos en almidón, azúcar o celulosa.
Biogás: Generado por la fermentación de residuos animales.

Consumo Energético Doméstico y Ahorro de Energía

Consumo Energético Doméstico

El consumo energético doméstico representa el 20% de la energía consumida en España.

Procedencia de la Energía Doméstica:

Petróleo
Energía eléctrica
Gas natural
Carbón

Factores que Influyen en el Consumo Energético Doméstico:

Zona climática
Calidad del aislamiento
Equipamiento del hogar
Grado de eficiencia de los electrodomésticos

Ahorro de Energía en el Hogar

Instalaciones Fijas de Calefacción y Agua Caliente:

Implementar un buen sistema de aislamiento.
Elegir calderas de alto rendimiento energético.
Ajustar la temperatura de calefacción y agua caliente.
Realizar un mantenimiento óptimo de los sistemas y aparatos.
Adoptar pautas de conducta adecuadas para el ahorro energético.

Equipamiento Doméstico:

Comprar electrodomésticos con etiquetas de eficiencia energética A y adecuados a las necesidades reales.
Realizar un mantenimiento adecuado y limpieza de los electrodomésticos.
Sustituir lámparas de incandescencia por lámparas de bajo consumo.
Adoptar hábitos de consumo responsable de energía.

Aprovechamiento de Energías Renovables:

Instalar paneles solares para calentar agua o generar electricidad.
Utilizar sistemas de calefacción de biomasa.

Centrales Eléctricas y Producción de Energía

Centrales Eléctricas de Combustibles Fósiles

Las centrales eléctricas de combustibles fósiles producen energía eléctrica a partir de la quema de combustibles fósiles, biomasa o residuos urbanos. Más del 95% de la energía eléctrica mundial se genera en este tipo de centrales.

Funcionamiento de una Central Termoeléctrica Clásica:

En los quemadores se queman los combustibles fósiles.
En la caldera, el agua se calienta y se transforma en vapor.
El vapor a alta presión mueve una turbina, haciéndola girar.
La turbina transmite su giro al alternador, donde se genera la energía eléctrica por inducción electromagnética.
El vapor, después de mover la turbina, se enfría en el condensador y se convierte de nuevo en agua, para ser reutilizada en el ciclo.
La torre de refrigeración ayuda a enfriar el agua del condensador.

Combustibles Fósiles Utilizados:

Petróleo
Carbón
Gas natural

Ventajas de las Centrales Termoeléctricas:

No dependen de las condiciones meteorológicas.
La tecnología en la que se basan está muy desarrollada.
El transporte de combustibles fósiles a las centrales es relativamente fácil y barato.

Desventajas de las Centrales Termoeléctricas:

Gran impacto ambiental: contaminación del aire, agua y suelo.
Emiten grandes cantidades de CO2, contribuyendo al calentamiento global.
Generan óxidos de nitrógeno y azufre, gases muy contaminantes que provocan lluvia ácida.
Producen grandes cantidades de residuos sólidos, como cenizas y escorias.

Centrales de Gas Natural de Ciclo Combinado

Las centrales de ciclo combinado utilizan dos circuitos: uno de gas natural y otro de vapor de agua. Emplean dos turbinas: una de gas y otra de vapor. Son más eficientes y menos contaminantes que las centrales termoeléctricas convencionales.

Energía Nuclear

La energía nuclear se libera de la fisión de los átomos de algunos elementos pesados, como el uranio y el plutonio. Las centrales nucleares producen alrededor de un tercio de la energía eléctrica mundial.

Centrales Nucleares:

En las centrales nucleares, la fisión controlada del uranio tiene lugar en el reactor nuclear. Las varillas de combustible fisionable están intercaladas con varillas de control que absorben neutrones, permitiendo regular la reacción en cadena y la liberación de energía.

Fisión Nuclear:

La fisión nuclear ocurre cuando un neutrón impacta un núcleo de uranio-235, dividiéndolo en dos núcleos más pequeños y liberando dos o tres neutrones. Estos neutrones pueden impactar otros núcleos de uranio, creando una reacción en cadena.

Ventajas de la Energía Nuclear:

Son poco contaminantes en términos de emisiones atmosféricas.
Generan energía de modo continuo.
Tienen menores costes de operación que otros tipos de centrales.
Permiten disminuir la dependencia del petróleo.
En una central con las medidas de seguridad adecuadas, la probabilidad de un accidente es muy baja.

Desventajas de la Energía Nuclear:

Riesgo de accidentes nucleares con graves consecuencias para la salud humana y el medio ambiente.
Problema del almacenamiento de los residuos radiactivos, que siguen siendo peligrosos durante miles de años.
Riesgo de proliferación nuclear, ya que la tecnología nuclear puede utilizarse para desarrollar armas nucleares.

Fuentes de Energía Renovables

Las fuentes de energía renovables son aquellas que se regeneran de forma natural a un ritmo igual o superior al que se consumen.

Tipos de Energías Renovables:

Energía Solar:

El Sol es la fuente directa de energía solar y está en el origen de otras energías renovables.
Se aprovecha la energía solar térmica (de baja o alta temperatura) y fotovoltaica (para generar electricidad).

Biomasa:

La biomasa es materia orgánica de origen vegetal o animal que se puede aprovechar energéticamente.
Los residuos agrícolas, ganaderos y forestales pueden utilizarse como combustibles en centrales térmicas y calderas domésticas.
La fermentación de la biomasa produce biocarburantes.

Energía Eólica:

Se aprovecha la energía del viento para mover las palas de los aerogeneradores en los parques eólicos y producir energía eléctrica.

Energía Hidroeléctrica:

Las centrales hidroeléctricas aprovechan la caída del agua desde una altura para mover turbinas y generar electricidad.
Es una energía limpia, pero la construcción de embalses puede tener un impacto ambiental significativo.

Energía Mareomotriz:

Aprovecha la energía de las mareas, la subida y bajada del nivel del mar, para generar electricidad.

Energía Geotérmica:

Utiliza el calor interno de la Tierra para generar electricidad o calor.

Ventajas de las Energías Renovables:

Tienen un impacto ambiental mucho menor que los combustibles fósiles.
Sus reservas son inagotables a escala humana.
Disminuyen la dependencia energética de países extranjeros.
Su desarrollo impulsa la investigación científica y tecnológica.

Desventajas de las Energías Renovables:

Suelen tener costes de inversión inicial más elevados que las tecnologías convencionales.
Algunas energías renovables, como la solar y la eólica, no garantizan un suministro estable de energía debido a su dependencia de las condiciones meteorológicas.
Aunque su impacto ambiental es menor, no están completamente exentas de impactos negativos.
Actualmente, representan un porcentaje pequeño de la producción energética mundial.

Modelo Energético Sostenible

Un modelo energético sostenible es aquel que permite satisfacer las necesidades energéticas actuales sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las suyas, al mismo tiempo que se respeta el medio ambiente.

Vías para un Modelo Energético Sostenible:

Eficiencia energética: reducir el consumo de energía sin renunciar a los servicios que nos proporciona.
Desarrollo tecnológico: investigar y desarrollar nuevas tecnologías energéticas más limpias y eficientes.
Potenciación de las energías renovables: aumentar la participación de las energías renovables en el mix energético.
Desarrollo de nuevas energías: explorar nuevas fuentes de energía, como la fusión nuclear.

Hidrógeno

El hidrógeno es considerado un combustible limpio porque su combustión solo produce agua como residuo. Actualmente, se están desarrollando vehículos con motores de pilas de combustible que utilizan hidrógeno como combustible.

Energía Marina

La energía de las olas y las mareas está poco explotada, pero existen prototipos de generadores mareomotrices en funcionamiento. Las centrales mareomotrices aprovechan la subida del agua del mar con la marea alta para generar electricidad. Sin embargo, su construcción puede tener un impacto ambiental considerable.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear es el proceso por el cual dos núcleos atómicos ligeros se unen para formar uno más pesado, liberando una gran cantidad de energía. Es el proceso que se produce en el Sol y otras estrellas. La fusión nuclear tiene el potencial de proporcionar energía limpia y segura, pero aún se encuentra en fase de investigación y desarrollo.

Desarrollo, Materiales y Recursos Naturales

Desarrollo y Materias Primas

El desarrollo tecnológico ha permitido aumentar la capacidad de extracción, transporte y transformación de materias primas. La producción en masa de bienes y su distribución en el mercado internacional han impulsado el consumo como motor de desarrollo. Sin embargo, este modelo de desarrollo también ha generado problemas ambientales.

Materiales

Las propiedades de los materiales dependen de los enlaces químicos entre sus átomos y de su estructura. La ciencia de materiales estudia la relación entre la composición, la estructura y las propiedades de los materiales.

Metales:

Conducen la electricidad y el calor.
Son dúctiles y maleables, se pueden deformar bajo presión.
Son resistentes al esfuerzo mecánico y a la corrosión.
Se utilizan en envases, edificaciones, máquinas, herramientas, etc.
Se obtienen a partir de minerales que los contienen en forma de óxidos, carbonatos, sulfuros, etc.

Cerámicas y Vidrios:

Son duros, resistentes al desgaste y a altas temperaturas.
Son buenos aislantes eléctricos y térmicos.
Se utilizan en la construcción, en la fabricación de envases, como filtros, catalizadores, etc.
Las cerámicas se obtienen a partir de la cocción de arcilla.
El vidrio se obtiene fundiendo sílice con carbonatos de sodio y calcio.

Polímeros Sintéticos:

Son materiales formados por la unión de muchas moléculas pequeñas llamadas monómeros.
Se obtienen a partir del petróleo.
Sus propiedades son muy variadas y dependen de su composición.
Algunos ejemplos son el polietileno (bolsas) y el policarbonato (CDs).

Fibras:

Son materiales con una estructura filamentosa que les confiere flexibilidad y resistencia.
Pueden ser naturales (algodón, lana) o artificiales (nailon, poliéster).
Se utilizan para fabricar tejidos, reforzar otros materiales, etc.

Semiconductores:

Son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores y los aislantes.
Son esenciales para la industria electrónica, ya que se utilizan para fabricar transistores, circuitos integrados, etc.
El silicio es el semiconductor más utilizado.

Coste de los Materiales

La producción de materiales tiene un impacto ambiental que genera costes:

Ocupación y degradación del territorio.
Emisión de sustancias contaminantes.
Generación de residuos industriales.
Agotamiento de recursos naturales.

Algunos de estos costes se trasladan al precio final del producto, ya que las empresas deben cumplir con la legislación ambiental.

Papel

La producción de papel implica la transformación del territorio, la tala de árboles, el consumo de agua y energía, y la generación de residuos. La celulosa, principal componente del papel, se extrae de la madera.

Cálculo de las Reservas de Recursos Naturales

El cálculo de las reservas de recursos naturales es complejo y depende de varios factores:

Diferencial entre el precio de extracción y el precio de mercado.
Nuevas técnicas de prospección y extracción.
Nuevos conocimientos científicos.
Situación geopolítica internacional.

Actualizando el Inventario de Recursos Naturales

Para localizar y cuantificar los recursos naturales se utilizan diversas técnicas:

Estudios Gravimétricos:

Detectan variaciones en el campo gravitatorio terrestre causadas por diferencias de densidad en los materiales del subsuelo.
Permiten identificar la presencia de yacimientos minerales.

Estudios Sismológicos:

Utilizan ondas sísmicas generadas artificialmente para obtener información sobre la estructura del subsuelo.
Son esenciales para la exploración de petróleo y gas natural.

Medidas del Campo Magnético Terrestre:

Detectan variaciones en el campo magnético terrestre causadas por la presencia de minerales magnéticos.
Proporcionan información sobre la estructura de la corteza terrestre.

Análisis Espectral de la Luz Reflejada (Técnicas de Imagen):

Utilizan la luz solar reflejada por la superficie terrestre para obtener información sobre la composición y estructura de los materiales.
Permiten elaborar mapas de vegetación, recursos forestales, etc.

Geo-Radar:

Emite ondas electromagnéticas que penetran en el suelo y se reflejan en las diferentes capas, proporcionando información sobre la estructura del subsuelo.
Se utiliza para la detección de tuberías, cables, etc.