Recursos EnergéTicos Y Minerales (1)

RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINERALES UNIDAD 11

INTRODUCCIÓN.

USO DE LA ENERGÍA. CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA:

ENERGÍAS CONVENCIONALES.

ENERGÍAS ALTERNATIVAS.

USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA.

LOS RECURSOS MINERALES.

Energía : capacidad para realizar un trabajo.

La energía aparece bajo formas diferentes : calorífica, electromagnética, mecánica, potencial, nuclear, cinética,…

Todo funciona en el Universo gracias a la energía y sus transformaciones.

El funcionamiento de los sistemas naturales y humanos es posible gracias al consumo continuo de energía y la generación de Entropía.

Prácticamente el 99% de las energías terrestres proceden de la energía solar.

Calorífica

Electromagnética

Mecánica

Potencial

Nuclear

Química

Lumínica

Formas en las que aparece la energía:

Unidades de medida de la energía.

TEC-TONELADA EQUIVALENTE DE CARBÓN. Energía suministrada por la combustión de una tonelada de carbón.(7 MILLONES DE KCAL)

TEP- TONELADA EQUIVALENTE DE PETRÓLEO (10 MILLONES DE KCAL)

Pág. 325

ENERGÍAS EMPLEADAS POR LA HUMANIDAD.

ENERGÍA ENDOSOMÁTICA

ENERGÍA EXOSOMÁTICA

CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA

CONVENCIONALES:

COMBUSTIBLES FÓSILES

NUCLEAR (FISIÓN)

HIDROELÉCTRICA

ALTERNATIVAS:

SOLAR

EÓLICA

BIOMASA

MAREOMOTRIZ

GEOTÉRMICA

FUSIÓN NUCLEAR

HIDRÓGENO

DESARROLLO SOSTENIBLE O SOSTENIBILIDAD

Se define como la actividad económica que satisface las necesidades de la generación presente sin afectar la capacidad de generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades

En la actualidad preocupa el agotamiento de algunas fuentes de energía empleadas de forma masiva por el hombre en los últimos 150 años. Los combustibles fósiles son recursos no renovables: “ Para que la explotación de un recurso no renovable sea sostenible, su tasa de vaciado por consumo ha de ser inferior o igual a la tasa de creación de nuevos recursos renovables que puedan sustituirlos cuando se agoten” Principio de vaciado sostenible

El panorama mundial de la energía hoy en día quedaría definido por los siguientes hechos:

Creciente aumento de la demanda.

Problemática ligada a las energías consideradas tradicionales.

Agotamiento

Contaminación

Efecto invernadero

Riesgos

Incipiente desarrollo de otras formas de energía.

En la actualidad se busca:

Diversificar

Dar preferencia a las fuentes de energía autóctonas y renovables

Aumentar la eficiencia en el uso de la energía

Minimizar los impactos por el uso de la energía

Fuerte impacto ambiental

USOS DE LA ENERGÍA

CALIDAD DE LA ENERGÍA

Se evalúa como la capacidad de producir trabajo útil por unidad de masa o volumen

A mayor “concentración de energía”, más calidad.

Electricidad Térmica a muy altas temperaturas (mas de 2.500ºC) Luz solar concentrada Nuclear Térmica a altas temperaturas (2.500 - 1.000ºC) Combustibles fósiles Comida Luz solar Flujo de agua a alta velocidad Vientos fuertes Térmica a temperaturas moderadas ( 1.000 – 100 ºC) Madera y desechos orgánicos Térmica a bajas temperaturas ( menos de 100ºC) Flujos de agua a velocidad lenta Vientos flojos Energía geotérmica dispersa

RENTABILIDAD ECONÓMICA RENTABILIDAD FUENTE DE ENERGÍA ACCESIBILIDAD FACILIDAD DE LA EXPLOTACIÓN FACILIDAD DE TRANSPORTE PRECIO

SISTEMAS ENERGÉTICOS.

Denominamos sistema energético al conjunto de procesos realizados sobre la energía desde sus fuentes originarias hasta sus usos finales.

Fases en un sistema energético:

Proceso de captura o extracción de la energía primaria.

Proceso de transformación en energía secundaria mediante convertidores.

Transporte

Consumo

Caldera en Central térmica aerogenerador CONVERTIDOR : COMPONENTE DEL SISTEMA ENERGÉTICO QUE PERMITE LA TRANSFORMACIÓN DE UNA FORMA DE ENERGÍA EN OTRA PARA FACILITAR SU TRANSPORTE O USO.

RENDIMIENTO ENERGÉTICO

Energía obtenida

Energía suministrada al sistema

SALIDAS / ENTRADAS % % SIEMPRE SERÁ INFERIOR AL 100% DEBIDO A LA EXISTENCIA DE PÉRDIDAS ENERGÉTICAS.

CUANTO MÁS LARGA SEA LA CADENA DE TRANSFORMACIÓN EN UN SISTEMA ENERGÉTICO, MENOS EFICIENTE SERÁ ESTE.

COSTE ENERGÉTICO

Precio que pagamos por utilizar la energía secundaria.

Existencia de costes ocultos que afectan principalmente al medio ambiente y a la salud.

Que es bajísima

Investigar para aumentar la eficiencia y circular con menos gasto de combustible

Impactos minería extracción materiales. Impactos derivados del proceso de fabricación, transporte, uso y abandono,

PÁGINA 44, EJERCICIO 8

PÁGINA 325 ,EJERCICIO 2

SISTEMA ELÉCTRICO:

NUCLEAR 1,6 / 38,3 .100 4,17 %

HIDRÁULICA 10,2 /38,3 .100 26,63%

GAS 1 /38,3. 100 2,61%

CARBÓN 12,4 / 38,3.100 32,37%

PETRÓLEO 13,1/38,3.100 34,20%

SISTEMA DOMÉSTICO, SERVICIOS, AGRÍCOLA:

ELECTRICIDAD 4,3 / 16,4 .100 26,2%

GAS 4,26%

CARBÓN 2,4 %

PETRÓLEO 70,12%

SISTEMA INDUSTRIAL:

PETRÓLEO 53,1%

GAS 3,17%

CARBÓN 22,85%

ELECTRICIDAD 20,95%

B) La baja eficiencia del sistema energético se debe a las pérdidas existentes en todas las transformaciones

-a) Conceptos de rendimiento y coste energético. (Visto) b) ¿Qué tiene mayor rendimiento energético un motor a combustión o uno eléctrico?

Ejercicio 2 . Preguntas PAU

Un motor eléctrico tiene un rendimiento mucho más elevado (80%)* que un motor a combustión (en torno al 25%)

La razón estaría en que las pérdidas energéticas en un motor de combustión son mucho mayores que en uno eléctrico. De toda la energía introducida en el motor con el combustible, sólo una parte se transforma en energía mecánica, perdiéndose el resto por diversos caminos:

Una de las pérdidas más importantes la constituyen los gases de escape. Estos son expulsados a una temperatura muy elevada y por tanto llevan asociada una considerable cantidad de energía que en principio no se utiliza.

Otras pérdidas muy significativas las ocasiona el agua de refrigeración que extrae calor del motor.

Por otra parte, todos los elementos calientes del motor radian energía debido a su temperatura, lo que constituye la tercera clase de pérdida importante de energía.

En general podemos decir:

Poder calorífico del combustible ═ trabajo obtenido + pérdidas

Pérdidas = pérdidas por agua de refrigeración + pérdidas por gases de escape + pérdidas por radiación calorífica.

*el rendimiento así expresado no tiene en cuenta las transformaciones previas de la energía empleada, esa electricidad puede venir de una central térmica y por tanto de combustibles, el rendimiento de todo el proceso nos daría un valor inferior a ese 80% aproximado.

COMBUSTIBLES FÓSILES. CARBÓN PETRÓLEO GAS NATURAL

En la actualidad casi el 80% de la energía empleada en el mundo procede de combustibles fósiles.

Distinción entre reserva y recurso .

Cantidad descubierta cuya explotación resulta rentable Estimación teórica de la cantidad total presente en la corteza terrestre.

INCONVENIENTES DEL EMPLEO DE COMBUSTIBLES FÓSILES:

Recurso no renovable.

Fuerte impacto ambiental por su extracción y su consumo.

Genera dependencia del exterior en el caso de países como España, donde la producción local es muy pequeña.

El Carbón

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 2002, por ejemplo, el carbón suministraba el 23,7% de la energía comercial del mundo.

El carbón

El carbón sustituyó a la madera como fuente de energía cuando se consiguieron encontrar los grandes yacimientos y se desarrollaron técnicas de minería para su explotación.

Este material desempeñó un papel fundamental durante la Revolución Industrial y actualmente sigue siendo el segundo recurso en importancia

EL Carbón

ORIGEN:

Se formó por acumulación de restos vegetales en el fondo de pantanos, lagunas o deltas. En ausencia de oxígeno, ciertas bacterias anaerobias transformaron los componentes mayoritarios de la materia vegetal (lignina y celulosa) en carbón, dióxido de carbono y metano.

Para que esto ocurra es necesario un enterramiento rápido (arcillas que impermeabilizan que con el tiempo se transforman en pizarras)

Reservas de carbón en el mundo

Se encuentra sobre todo en el Hemisferio Norte , porque durante el período Carbonífero (hace 300 millones de años) los continentes tenían una localización muy diferente a la actual

Minería del carbón en España

Tipos de Carbón: TIPO CONTENIDO EN C PODER CALORÍFICO antracita 90-95 % hulla 75-90 % lignito 60 -70 % turba 45-60 %

Si comparamos el carbón con otros combustibles fósiles:

Reservas para 220 años al ritmo actual.

Mayores problemas de contaminación debido al alto contenido en azufre

Genera el doble de CO 2 que el petróleo.

Impactos que genera su extracción:

Escombreras

Lixiviados

Contaminación atmosférica por polvo

Minas a cielo abierto :

Erosión

Alteración paisajística

Minas profundas:

Riesgo de colapso

Enfermedades como la silicosis

¿Cómo minimizar su impacto en centrales térmicas? (principales consumidoras de carbón)

Sustitución de los carbones con más contenido en azufre por otros de menor ( o mezcla)

Procesado (desazufrado)

Diseño de centrales térmicas más eficientes.

CENTRALES TÉRMICAS EN ESPAÑA

El petróleo.

Está compuesto por una mezcla de diferentes hidrocarburos.

Se originó por la muerte masiva de plancton (cambios bruscos de salinidad y temperatura). Al sedimentar junto con limos y arenas, la materia orgánica sufre una transformación anaerobia.

Roca madre Roca almacén

El petróleo se extrae en forma de crudo y después se somete a un proceso de destilación fraccionada para separar sus distintos componentes.

Usos del petróleo

Gases combustibles (butano, propano,..)

Gasolina, nafta, queroseno para locomoción e industrias químicas

Gasóleos

Fuel

Alquitranes, betunes,..

Materias primas para la obtención de fertilizantes, pesticidas, plásticos, fibras sintéticas, pinturas, medicinas,…

OLEODUCTOS PETROLEROS GASOLINERAS

RESERVAS DE PETRÓLEO Y GAS NATURAL EN EL MUNDO

PROBLEMAS GENERADOS POR LA EXPLOTACIÓN, TRANSPORTE Y CONSUMO DE PETRÓLEO

Riesgos de mareas negras

Contaminación atmosférica e incremento de efecto invernadero.

Dependencia de otros países

El gas natural

Mezcla de hidrogeno, metano , butano, propano y otros gases.

Su origen es similar al de los otros combustibles fósiles. En muchos casos va asociado a yacimientos de petróleo, aunque en otras ocasiones se descubre aislado.

Fácil extracción.

Transporte por gasoductos o grandes buques que transportan el gas licuado.

El Gas Natural es la fuente de energía primaria de más rápido crecimiento en los últimos años.

Su mayor incremento ha sido en la generación de la electricidad

El gas natural constituye en 2007 el 16,7% de toda la energía consumida en España. En 1985 esta cifra era únicamente de un 2%, lo que da una idea del crecimiento que ha tenido en España esta fuente de energía

El gas natural como combustible ideal para realizar la transición a otras formas de energías renovables

Produce un 65% menos de CO2

No emite ni óxidos de nitrógeno, ni de azufre

Su infraestructura de distribución podría ser útil cuando el hidrógeno se ponga a punto como combustible

Mejor rendimiento en la combustión

Ausencia de corrosión en las instalaciones

Inconvenientes:

Incremento efecto invernadero:

Por combustión

Por escape (el metano es un gas e.i. más potente que el CO 2 )

Reservas para pocos años (20 si sustituyese totalmente a los otros combustibles fósiles)

ENERGÍA NUCLEAR FISIÓN NUCLEAR

El debate sobre energía nuclear está volviendo a los parlamentos de muchos países.

Diversos accidentes ocurridos en los años 70 y 80 en centrales nucleares paralizaron el avance de esta controvertida forma de energía en casi todos los países desarrollados.

La actual situación de cambio climático y los compromisos alcanzados en Kyoto podrían suponer una nueva pista de despegue de la energía nuclear, pues tiene la ventaja de no emitir gases efecto invernadero.

No deben olvidarse los impactos y riesgos que genera este tipo de actividad.

Depende de recursos no renovables como el uranio.

Accidentes nucleares

Mile Island (Pensylvania) es una central nuclear de Estados Unidos en la que en 1979 tuvo lugar el peor accidente sufrido por un reactor nuclear en ese país. El núcleo del reactor sufrió una fusión parcial y gracias al buen funcionamiento del edificio protector solo hubo un mínimo escape de la peligrosa radiactividad, que no causó daños de ningún tipo. Se demostró que las medidas de seguridad de las centrales bien construidas funcionan correctamente

Sin embargo la situación fue peligrosa y el recelo de la opinión pública frente a las centrales nucleares aumentó mucho como consecuencia de ese accidente. Como contrapartida positiva, a raíz de este accidente se incrementaron las medidas de seguridad en las centrales y sus alrededores, incluyendo los planes de evacuación de las áreas que rodean a la central

Chernobyl

En la central nuclear de Chernobyl, en la antigua Unión Soviética, tuvo lugar, el 26 de abril de 1986, lo que ha sido el peor accidente que nunca ha ocurrido en una planta nuclear. Ese día unas explosiones en uno de los reactores nucleares arrojaron grandes cantidades de material radiactivo a la atmósfera. Esta radiación no solo afectó a las cercanías sino que se extendió por grandes extensiones del Hemisferio Norte, afectando especialmente a los países de la antigua URSS y a los del Noreste de Europa.

http://www.elpais.com/graficos/internacional/Central/nuclear/Chernobil/elpgraint/20060426elpepuint_1/Ges/

¿Qué hay en una central nuclear?

El funcionamiento es muy parecido al de una central térmica :

El calor producido (caldera/reactor) genera vapor de agua, que mueve una turbina, esta un alternador y se genera electricidad.

La diferencia estriba en la forma de producir calor:

Combustión. Central térmica (CALDERA)

Fisión nuclear. Central nuclear.(REACTOR)

¿Qué ocurre dentro de un reactor nuclear?

Fisión nuclear:

Se genera energía y neutrones, provocando una reacción en cadena .

El combustible nuclear

Se extrae a partir de grandes cantidades de uranio para separar el isótopo U-235.

¿En qué se diferencia este proceso de una explosión atómica?

Para controlar la velocidad de la reacción, se coloca entre las barras de combustible un moderador que absorbe los neutrones emitidos, evitando nuevas fisiones ,“enfriando” así la reacción:

Grafito

Agua

Agua pesada

¿Cómo se extrae el calor?

Existen tres circuitos de refrigeración:

Circuito primario confinado

Circuito secundario: enfría al primero y origina vapor (mediante turbinas y alternador genera electricidad por inducción electromagnética)

Tercer circuito, su misión es condensar el vapor (agua de mar, río o torre de refrigeración)

¿Cuánto dura el combustible?

Cada 3 o 4 años se retiran las barras y se almacenan en piscinas dentro de la propia central nuclear

¿Qué se hace después con los residuos radiactivos?

Algunos van a centrales de reprocesado para recuperar algunos isótopos

Enterramiento en lugares geológicamente poco activos, secos y en profundidad.

página 410

http://www.enresa.es/ ENRESA es la empresa pública que gestiona los residuos nucleares.

. El centro de almacenamiento de residuos radiactivos de media, baja y muy baja intensidad de El Cabril (Córdoba)

Los residuos se han convertido, por encima de la seguridad, en el talón de Aquiles de la energía nuclear, el argumento que deja balbuceando a sus defensores.

¿Qué argumentos exponen los detractores de esta forma de energía?

Enormes costes de construcción y mantenimiento.

Frecuentes fallos y paradas de los reactores.

Riesgo de accidentes.

Problema de los residuos radiactivos, son activos durante miles o millones de años.

Problemas medioambientales (contaminación térmica de las aguas y alteraciones microclimáticas)

Se trata de un recurso no renovable.

¿Y sus defensores?

Las centrales actuales son mucho más seguras

Actualmente se investigan nuevos procesos de fisión más controlables.

Energía “barata” y suministro continuo

No crea incremento del efecto invernadero.

Sería necesario abrir un debate "sereno y abierto" sobre costes, riesgos, ventajas e inconvenientes de la energía nuclear.

INFORMACIÓN NUCLEAR POR PAÍSES Reactores en operación, en construcción, clausurados y porcentaje de producción en los diferentes países (Datos Marzo 2006) País Operando En Construcción Clausuradas Producción Nuclear Nº de Unidades Total MWe Nº de Unidades Total MWe Nº de Unidades Total MWe % en 2005 Alemania 17 20.339 0 0 19 5.944 32,1 Argentina 2 935 1 692 0 0 8,24 Armenia 1 376 0 0 1 376 38,82 Bélgica 7 5.801 0 0 1 11 55,12 Brasil 2 1.901 0 0 0 0 2,99 Bulgaria 4 2.722 0 0 2 816 41,58 Canadá 18 12.599 0 0 7 3.046 15,02 China 9 6.572 3 3.000 0 0 2,19 Eslovaquia 6 2.442 0 0 1 110 55,18 Eslovenia 1 656 0 0 0 0 38,84 España 9 7.588 0 0 1 480 22,86

Estados Unidos 104 99.210 0 0 23 9.590 19,94 Finlandia 4 2.676 1 1.600 0 0 26,58 Francia 59 63.363 0 0 11 3.951 78,08 Holanda 1 449 0 0 1 55 3,79 Hungría 4 1.755 0 0 0 0 33,83 India 15 3.040 8 3.602 0 0 2,82 Irán 0 0 1 915 0 0 0 Italia 0 0 0 0 4 1.423 0 Japón 56 47.839 1 866 3 320 25,01 Kazajistán 0 0 0 0 1 52 0 Lituania 1 1.185 0 0 1 1.185 72,1 Méjico 2 1.310 0 0 0 0 5,19

Pakistán 2 425 1 300 0 0 2,36 Reino Unido 23 11.852 0 0 22 2.454 20,02 República Checa 6 3.368 0 0 0 0 31,25 República de Corea 20 16.810 0 0 0 0 37,94 Rumanía 1 655 1 655 0 0 10,08 Rusia 31 21.743 4 3.775 5 786 15,6 Sudáfrica 2 1.800 0 0 0 0 6,6 Suecia 10 8.910 0 0 3 1.210 50,68 Suiza 5 3.220 0 0 0 0 40,03 Taiwan 6 4.904 2 1.900 0 0 1,4 Ucrania 15 13.107 2 1.900 4 3.500 51,11 TOTAL 443 369.552 26 20.858 110 35.309

ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

El salto de agua permite el aprovechamiento eléctrico

Tipos de centrales

Centrales fluyentes o de pasada:

Aprovechan directamente la energía del agua sin necesidad de embalsarla

Centrales con regulación:

Requieren embalsamiento para producir el salto de agua y así aprovechar mejor la energía.

Centrales de bombeo o reversibles:

Disponen de dos presas para gestionar mejor los excedentes de producción de otras centrales eléctricas (térmicas y nucleares) en momentos de poca demanda

VENTAJAS