EL HOMBRE Y EL CAMBIO CLIMÁTICO
INTRODUCCIÓN
El
hombre, desde el advenimiento de la era industrial, ha ido utilizando
medios mecánicos para sustituir el esfuerzo manual o animal y producir
económicamente bienes que han mejorado espectacularmente su nivel de
vida en general, aunque aumentando progresivamente el consumo específico
de energía por habitante.
En la Tierra somos unos 6.500 millones de habitantes y se calcula que para el año 2050 seremos 10.000.
El aumento de consumo de energía previsto no sólo corresponde al crecimiento demográfico sino a las esperanzas de mejora de nivel de vida de los países pobres y emergentes.
Dentro
de los recursos utilizados para la obtención de energía eléctrica,
mecánica o como materia prima han tenido una gran importancia y la
siguen teniendo el carbón y el petróleo o sus derivados.
En general se consumen materias primas o recursos que existen en cantidades limitadas para la obtención de productos y energías, produciéndose emisiones de gases y desagües líquidos y sólidos de todas clases, en algunos casos peligrosos para el hombre, afectando al medio ambiente. La Tierra tiene un tamaño y composición, una capacidad de regeneración, y es limitada.
El desarrollo y utilización de recursos tiene que ser sostenible respetando el medio ambiente y las necesidades futuras de nuestros descendientes.
Los recursos de hidrocarburos son vulnerables y tenemos además una dependencia peligrosa.
Aunque no haya seguridad de cuándo, el inventario se irá acabando y su precio seguirá aumentando.
De acuerdo con las previsiones de consumo futuro, se estima una duración del petróleo de unos 45 años, 65 para el gas natural y 230 para el carbón.
Por si fuera poco, está el tema del calentamiento global del que luego comentaremos. Por otra parte el actual ciclo observado de calentamiento de la Tierra puede conducir a cambios climáticos peligrosos.
Las
emisiones humanas de CO2, resultado de la
combustión de combustibles fósiles pueden contribuir en parte a ese
calentamiento.
Aunque
no tengamos seguridad del valor del efecto real de las emisiones humanas
de gases de efecto invernadero en el ciclo actual de calentamiento
global, ni siquiera de que podemos modificar ese ciclo, la prudencia nos
lleva a la misma conclusión:
Tenemos que ser capaces de sustituir el petróleo a ritmos crecientes mucho antes de que comience a escasear. Tenemos que estar preparados para adaptarnos al período transitorio en el que se va a ir acabando y evitar las convulsiones esperables.
Debemos reducir la dependencia del petróleo y en especial su utilización para obtención de energía eléctrica y uso en transporte.
Hay una serie de soluciones para utilización de otras energías potenciales, de alternativas de generación limpias o de procedimientos de reducción de la demanda energética que están en funcionamiento o en desarrollo y deben potenciarse.
En la producción de electricidad, una participación mayor de los sistemas de generación discontinuos (solar, viento, etc.) exige para ser autoregulable e independiente, la utilización de un almacenamiento de energía económico que absorba las diferencias entre producción y consumo de la red, que también se está investigando.
Hay unos planes bien fundamentados para el desarrollo de la solución sostenible de generación eléctrica en base de fisión nuclear (Generation IV) que debe estar funcionando para el 2030. Por otra parte existe un programa basado en la utilización de la fusión nuclear que debe funcionar desde el año 2050.
Hay también una serie de desarrollos para reducir las emisiones de CO2, aumentar las absorciones, reducir la acción del efecto invernadero o de las absorciones de radiaciones solares por la Tierra.
La
posible utilización futura de carbón para generación eléctrica está
supeditada a la definición del mejor sistema entre combustión directa
con aire u oxígeno o gasificación integrada siempre con absorción de
contaminantes (cenizas, azufre. etc..)
incluyendo la reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera en
porcentajes elevados y su almacenaje estable en condiciones supercríticas.
El programa “Supergen” prevé tener plantas comerciales operativas para el año 2015. Si tuviéramos una fuente de energía eléctrica barata, abundante y sostenible que no dependiera de la combustión del carbón o petróleo estarían todos los problemas resueltos.
Esta energía, que en el futuro pudiera ser la nuclear de fusión, se podría utilizar para la fabricación de todos los materiales orgánicos que manejamos: C procedente del Co3ca e H2 procedente del H2O.
El H2 también para uso en la red de abastecimiento de combustible para el transporte, sustituyendo los combustibles fósiles utilizados actualmente y la energía barata e inagotable apoyaría todos los procesos de depuración y recuperación.
Tendremos que contribuir a reducir en lo posible el crecimiento de la demanda de energía y mejorar el rendimiento de uso de la que utilizamos directamente. Están, estamos involucrados todos. No se produce un solo Kwh. más del que se utiliza para fabricar los productos o la energía que consumimos
Pero aunque se promueva y se consiga una cierta austeridad en el consumo de productos y energías en los países desarrollados, las diferencias de nivel de vida y apetencias de los menos favorecidos es tan grande, juntamente con el efecto del crecimiento demográfico, que las demandas de energía no tienen más remedio que aumentar. Se trata de reducir el ritmo de aumento y ganar tiempo para poner en funcionamiento nuevas capacidades de generación de energía eléctrica que vayan reduciendo las necesidades de utilización de petróleo y de emisiones de CO2.
En
este artículo se ha recogido información de diversas fuentes, sobre 2
temas: Calentamiento global/Cambio climático y Alternativas de
generación de energía eléctrica describiendo someramente las que están
en diversos estados de desarrollo y algo más en detalle sobre el
programa de Generation IV basado en utilización de Fisión nuclear y del
ITER basado en Fusión nuclear.
Los trabajos de definición de las futuras plantas ideales de fisión y fusión que tienen plazos de objetivos de solución para los años 2030 y 2050 respectivamente están bien encaminados pero, sin dejar de trabajar en la definición, desarrollo y aplicación de las mejores alternativas renovables, tenemos que seguir adelante y poner en funcionamiento planes de aumento de capacidad de generación eléctrica nuclear de base, utilizando las mejores soluciones actuales, para contribuir a abastecer los aumentos de consumo eléctrico, que en todo caso se van a producir en el mundo y resolver la sustitución parcial progresiva del petróleo antes de que nos corten el grifo o se ponga a precios imposibles, a la vez que se reducen las emisiones de CO2.
Teniendo en cuenta el aumento previsible de la demanda energética, se debe iniciar la instalación de centrales nucleares (Generation 3+) de base que sean coherentes con las futuras de Generation4 que analizaremos más adelante.
Todo ello sin dejar de explotar las distintas alternativas económicas que se nos presentan de soluciones sostenibles limpias unido a un fomento global del ahorro energético, tanto en la generación de energías como en su consumo.
CAMBIO CLIMÁTICO O CALENTAMIENTO GLOBAL
Uno
de los temas sobre los que se está discutiendo, es el del calentamiento
global.
Parece más científico el definirlo como cambio climático, que puede tener diversos orígenes y consecuencias entre las que se puede incluir el calentamiento global.
El cambio climático incluye las modificaciones significativas de características del clima como son la temperatura ambiente, vientos, lluvias, o sus distribuciones en intensidad y localización geográfica que puedan mantenerse por períodos de tiempo apreciables.
Estos cambios pueden proceder de:
Causas naturales como la variación de la actividad del sol o pequeños cambios en la trayectoria de la órbita de la Tierra.
Procesos naturales que forman parte del sistema climático como los cambios en las corrientes de circulación de los océanos o las erupciones volcánicas.
Actividades humanas que originen un cambio en la composición de la atmósfera por la utilización de combustibles fósiles o acciones sobre el inventario de bosques y vegetales u otras que han dado lugar a desertificaciones.
Se ha puesto especial énfasis en 2 problemas específicos: Reducción de la capa de Ozono y Calentamiento global.
CAPA DE OZONO
Esta
capa que envuelve a la Tierra está situada entre los 15
y 35 Km. de
altura tiene naturalmente una concentración de ozono que nos protege
reteniendo los rayos ultravioleta que si llegan a la Tierra producen
cánceres de piel y puede afectar negativamente al desarrollo de la masa
vegetal y su efecto de reducción de la absorción de CO2 correspondiente.
En condiciones normales las radiaciones UV transforman el O2 del aire en 2 átomos de oxígeno uno de los cuales se une a una molécula de O2 para dar O3 que protege de la llegada del 99% de estas radiaciones a la Tierra.
En 1985 científicos británicos detectaron un agujero en la capa de ozono sobre la Antártida. La reducción de la cantidad de ozono en esta capa de la estratosfera y formación de un agujero, se relacionó con la utilización y emisión de clorofluorocarburos, CFC´s. Ya en 1974 dos científicos norteamericanos habían dado la alarma sobre este posible problema.
Las moléculas de estos compuestos se descomponen en la alta atmósfera por la acción de las radiaciones UV dando Cl activo y luego monóxido que descompone el ozono que pasa a O2 normal en la superficie de cristales de hielo formado a unos -45ºC, interfiriendo con el mecanismo de protección.
Los CFC´s, tienen su utilidad por ser muy estables, poco tóxicos y su uso en circuitos de refrigeración se basa en que a presiones razonables pueden condensar a temperaturas que puedan servir de medio de calefacción del aire en Invierno a la vez que en el circuito de baja presión se pueda evaporar recibiendo calor del ambiente, lo que se puede conseguir en climas suaves, funcionando como calefacción en Invierno en modo de bomba de calor.
En Verano el evaporador enfriaría el aire de la casa utilizado para evaporar el fluido refrigerante a baja presión mientras que el condensador en la presión alta es condensado mediante refrigeración por el intercambiador de aire atmosférico.
Hay
varios fluidos refrigerantes formados por componentes puros o mezclas
azeotrópicas usados para diversas aplicaciones.
Además se definieron productos como el halón muy útiles para protección de incendios de instalaciones eléctricas o de control. Otros, como agentes de soplado para la fabricación de espumas de plástico y en envases para cremas.
El CFC emitido tarda unos 8 años en llegar al cinturón de Ozono. Normalmente este agujero visible se forma en la Antártida en Primavera.
En 1987 se vio que el agujero de ozono en la Antártida había crecido considerablemente, el 1 Noviembre de 1989 se firmó el protocolo de Montreal. Se definieron las capacidades de destrucción de diversos tipos de CFC y halón (protección fija contra incendios. Así los “Ozone depletion factor “para el CFC 11(triclorofluormetano) tomado como base1 eran para el CFC 12(dicloro, difluormetano) también 1, para el CFC 113 (tricloro, trifluoretano), 0.8 y para el CFC115, 0.6 mientras que para el halón 1211 era 3.0 y para el halón 1301, 10.
Se achacó además a los CFC´s el 15% del efecto total de calentamiento global. Se desarrollaron como fluidos refrigerantes otros productos HFC en los que se eliminaba el cloro y eran mucho más benignos, quedaba el fluor como halógeno, eran utilizables, mientras se buscaban alternativas definitivas. Posteriormente se definieron planes para la reducción definitiva de todos ellos.
CALENTAMIENTO GLOBAL
El
clima de la Tierra ha cambiado muchas veces a lo largo de la historia
pasando por largos períodos de hielo y de calor ocasionados por cusas
naturales, como erupciones volcánicas, cambios en la órbita de la Tierra
alrededor del sol y cambios en la actividad del sol.
El calentamiento global se refiere al aumento de temperatura media en la superficie de la Tierra y en la troposfera que puede contribuir a cambios globales del clima y atribuirse al conjunto de diversas causas naturales e inducidas que colaboran en el resultado.
Si la temperatura global promedio actual es de 14ºC parece que hay evidencias geológicas de que en el pasado bajó hasta 7º y ha subido hasta 27ºC.
Se sabe que durante el imperio romano las temperaturas eran bajas y bajo el nivel del mar. 500 años más tarde subió el nivel del mar para volver a bajar durante la edad media hasta el punto que puertos realizados anteriormente quedaron inutilizables por su lejanía.
A veces el uso del “calentamiento global “se refiere solamente a la contribución del aumento por el hombre a causa de sus emisiones de gases de efecto invernadero. Si el efecto invernadero tiene influencia apreciable en el calentamiento global que desde hace 90 años se está observando, el hombre, a través de sus emisiones crecientes de CO2 y reducción de masas forestales contribuye en alguna medida a este calentamiento.
Se teme que si prosigue este calentamiento se pueden producir efectos graves en la estabilidad del clima afectando negativamente a las condiciones de vida en el planeta
EFECTO INVERNADERO
El
CO2, como el vapor de H2O y con mayor intensidad el CH4, 21 veces y el
N2O, 270 veces más, producen
el efecto invernadero. Estos gases son el
resultado de la combustión con el aire de productos orgánicos como el
carbón e hidrocarburos o de la descomposición de materia orgánica y, con
el aumento de concentración en la atmósfera, reducen la capacidad de
reflejar el calor desde la Tierra hacia la atmósfera superior
atrapándolo como en un invernadero.
El efecto invernadero es necesario para mantener unas temperaturas lo suficientemente aceptables en la Tierra, sin él el ambiente sería demasiado frío, alrededor de -19ºC, que es la temperatura que permite radiar al espacio el desbalance de 240Wm-2.
Es el exceso el que puede producir un recalentamiento peligroso
"La figura refleja la cantidad de energía solar media que llega sobre la Tierra y la forma estimada en que se distribuye según la información publicada por el IPCC en la reciente 4ª revisión."
HISTORIA
Desde
los comienzos de la Revolución industrial, con la invención de la
máquina de vapor, aumentos progresivos de utilización de equipos
mecánicos para facilitar el trabajo manual, y uso de sistemas de
transporte mecanizados se ha ido progresivamente incrementando las
necesidades de energía y
de
utilización de combustibles fósiles que, a su vez, han dado lugar al
aumento de emisiones, principalmente de CO2.
Esta mecanización progresiva ha tenido una influencia esencial en la mejora general del nivel de vida, según datos de la NOAA y de la NASA la temperatura de la superficie de la Tierra ha aumentado entre 0.45 y 0.6º C en los últimos 100 años. De estos, los 11 de los últimos 12 años, hasta el año 2005 han sido los más calientes habiendo sido los más calientes el de 1998 y el 2005.
También han cambiado otros aspectos del clima como el nivel del mar y los patrones de lluvia y la capa de hielo. Si continua la emisión de gases de efecto invernadero se ha estimado que la temperatura media de la corteza terrestre puede aumentar de 1.8º C a 4º C sobre los niveles de 1990 al fin de este siglo.
La
precipitación ha crecido en el último siglo alrededor del 1%, más en los
niveles altos y disminuido en áreas tropicales.
En el mismo intervalo de tiempo el nivel del mar ha crecido 15 a 20 cm calculándose que de 2 a 5 se deben a la fusión de glaciares y el resto a la dilatación del agua de mar consecuencia del incremento de temperatura
Se achaca a la actividad humana el que es la que causa del cambio de composición de la atmósfera incrementando los niveles de concentración de gases de efecto invernadero y que esto es lo que ha cambiado y seguirá cambiando el clima del planeta. Lo que es más difícil es evaluar la magnitud del cambio , el ritmo de cambio y sus efectos reales futuros
DATOS DE CONCENTRACIONES DE CO2
1750: Antes de la revolución industrial se estima que la atmósfera tenía una concentración de CO2 de unas 280 ppm.
1898: El científico sueco Svante Arrhenius avisa de que el CO2 resultado de la combustión de carbones e hidrocarburos puede calentar el planeta.
1955: El científico norteamericano Charles Keeling encuentra que la concentración de CO2 en la atmósfera es de 315 ppm.
1988: El científico de la NASA Charles Keeling transmite al Congreso que el calentamiento global está ocurriendo ya.
1992: El tratado del Clima fija objetivos voluntarios para bajar las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero.
1995: Un panel científico de U.N dice que hay evidencia de que las emisiones humanas están afectando al clima.
1997: Las partes integrantes aprueban el protocolo de Kioto obligándose a reducciones específicas de emisiones lo que fue rechazado por el Senado de EEUU.
1998: El año más caliente desde que se recogen datos, mediados del siglo 19.
2001:Un panel científico de las Naciones Unidas concluye que la mayor parte del calentamiento observado procede del efecto de las emisiones humanas. EEUU renuncia a adherirse al protocolo.
2004: La concentración de CO2 llega a 379 ppm. Rusia se adhiere al protocolo de Kioto
2005: El protocolo entra en vigor en febrero.
EEUU no firmó el protocolo quizás porque pensaban que podrían conseguir las reducciones internamente en forma voluntaria, porque en el reparto de compromisos tendría que tenerse en cuenta el rendimiento energético con el que se obtenían los productos en cada país y porque no entraban China e India.
DATOS DE CALENTAMIENTO
Hasta el año 2004 los año más calientes desde 1890 han sido 1998, 2002, 2003 y 2004.
PROTOCOLO DE KIOTO
COMPROMISOS DE REDUCCIÓN
Por este protocolo de Kyoto, 140 países se comprometieron a reducir las emisiones de gases equivalentes a CO2 de modo que la total a la atmósfera se reduzca en un 5.2% con respecto a la de 1990 en el período de compromiso comprendido entre 2008 y 2012. Los países industrializados deben reducir sus emisiones un 85%de la reducción total.
Cada
una de las partes comprometidas debería demostrar para el año 2005 un
avance concreto en el cumplimento de los compromisos contraídos.
Se adopta el protocolo de Montreal que estaba ya funcionando por el que ya se eliminaron CFC´s, halones y otros disolventes clorados como el metilcloroformo y tetracloruro de carbono de mayor efecto reductor de Ozono, dejando el año 1995 como año de base de referencia para la eliminación progresiva de los hidrofluorcarbonos, perfluorcarbonos y el hexafluoruro de azufre.
Se pretende fomentar la mejora de la eficiencia energética en todos los sectores, la promoción de modalidades agrícolas sostenibles atendiendo a los efectos del cambio climático, investigar, promover y apoyar el aumento de uso de nuevas formas renovables de producción de energía y alternativas de secuestro de CO2.
Promover unas políticas y medidas que limiten o reduzcan las emisiones de los gases de efecto invernadero no controlados por el Protocolo de Montreal en el sector del transporte; limitación y/o reducción de las emisiones de metano mediante su recuperación y utilización, y en la gestión de los desechos así como en la producción, el transporte y la distribución de energía.
En los cálculos de las reducciones comprometidas por cada país se tendrá en cuenta el balance de las variaciones de las emisiones y la de absorciones como consecuencia del cambio de uso de la tierra, reforestación y deforestación.
Por un lado están los especialistas que aseguran que de la puesta en práctica del protocolo depende el futuro del mundo, y por el otro quienes piensan que Kioto es absolutamente innecesario. Estos últimos aceptan que el clima está cambiando, pero eso ha pasado siempre.
También que los seres humanos están teniendo un impacto sobre el clima, pero es una influencia muy complicada, no sólo emisiones de dióxido de carbono.
REVISIÓN 2005
En
el año 2005, que sería el de la ratificación de los compromisos, se
comprobaría la orientación de los resultados hacia la reducción. Los
resultados de la media de Europa y particularmente los de España y
Portugal, firmantes del compromiso de Kioto se han apartado de las
previsiones aumentando la emisión considerablemente.
En EEUU se han hecho esfuerzos reales en todos los campos para desarrollar alternativas de generación de energías con el objetivo de reducir la emisión de gases de efecto invernadero con una combinación de políticas e inversiones y planificando acciones para las próximas décadas, haciendo que el beneficio motive para la utilización de tecnologías más limpias.
Durante el período de 2000 al 2004 la Unión Europea,(EU25)han aumentado la emisión en un 2.1% mientras que EEUU lo ha hecho en un 1.3%. Alemania ha conseguido una reducción del 0.7% .
Dentro de los resultados de la EU25 la entrada de los nuevos miembros ha ayudado a que el aumento no haya sido mayor, 2.4%, gracias a su abandono de uso de viejas tecnologías con quema de lignitos.
RESUMEN
A pesar de que en la historia de la Tierra ha habido toda clase de ciclos de temperatura que se pueden volver a repetir se ve que desde 1910 hay un calentamiento progresivo de la Tierra, aunque también en el período de 1950 a1970 se observó una tendencia de bajada que hizo teorizar a algunos sobre una posible marcha a una nueva glaciación.
Por otra parte se constata desde 1955 una elevación continua de la concentración de CO2 en la atmósfera. La actividad humana ha ido aumentando las emisiones de CO2 desde el comienzo de la Revolución industrial. Se acepta que las emisiones humanas de CO2 equivalente es una fracción del total de las emisiones, lo que se supone es que esa cantidad ha hecho desbalancear el equilibrio entre emisión y absorción.
El CO2 que va a la atmósfera es consecuencia del conjunto de todas las emisiones naturales y humanas menos las absorciones por la masa forestal y las diluciones en el agua.
Se sabe que el aumento de la concentración de CO2, como el del vapor de agua y otros gases en la atmósfera, produce el efecto invernadero por el que el calor procedente del sol y reflejado por la Tierra es retenido tendiendo a aumentar la temperatura de la Tierra.
A
nivel de EEUU el USGCRP, Global Change Research Program, coordina el más
extenso esfuerzo de investigación sobre este tema del cambio climático y
EPA “Environmental Protection Agency”, con otras agencias federales han
preparado y divulgado toda la información sobre los distintos temas
buscando la colaboración con el sector privado, localidades y Estados
con la idea de enfrentarse al problema del cambio climático a la vez que
se refuerza la economía.
El “Fourth Assesment Report “del Intergovermental Panel of Climate Change nos da una masiva información en la que se ha puesto al día y profundizado sobre algunos temas no bien valorados anteriormente. Los informes de los trabajos realizados e información recopilada ocupan unos 160 MB
Sin embargo no todos los expertos están de acuerdo en que el ciclo actual de calentamiento sea en su mayor parte consecuencia de las emisiones humanas de CO2 .
De hecho desde 1940 hasta 1975 en que el aumento de emisiones de CO2 por aumento de la industrialización hubo un enfriamiento que hizo temer la llegada de un período de glaciación.
Por otra parte ya hubo varias pequeñas edades de hielo en España provocados por una relajación de la actividad solar: el mínimo Spörer (1420 a 1570), el mínimo Maunder (1645 a 1715) y el mínimo Dalton(1790 a ¡820)en que se veían hielos flotantes en Baleares y el Ebro se congeló junto a Tortosa
Estos científicos “disidentes” no aceptan el valor de los modelos metereológicos vigentes para prever el futuro, a pesar de los avances realizados, y dan más importancia a los ciclos solares y los de las variaciones de las posiciones de la tierra en relación al sol( ciclos de Milankovitch..etc).
Sin embargo el tema de la implementación urgente de alternativas a la utilización del petróleo es una necesidad estratégica y económica fundamental.
FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGÍAS
Recogeremos
brevemente una lista de alternativas de generación de energía eléctrica
que no emiten CO2 o no provocan un aumento de su concentración en la
atmósfera. En
el análisis habrá que tener en cuenta la energía que se necesita
consumir tanto para la realización de la instalación de generación como
la consumida en funcionamiento, mantenimiento y reposición.
Algunas de estas alternativas, de producción variable en el tiempo de las que sea difícil o antieconómica su acumulación, sólo podrán funcionar en paralelo con otra generación de base que module su producción para adaptarse al consumo instantáneo total.
En la utilización de productos como biocombustibles o combustión de materia orgánica se admite que la aportación de CO2 será equivalente a la que ha absorbido de la atmósfera durante su generación considerándose balance neutro, salvo que en la construcción de la planta necesaria y en la fabricación de estos combustibles se necesita también energía que hay que tener en cuenta en el balance.
De los materiales orgánicos que se queman para obtención de energía el que produce más CO2 por Kwh. bruto producido es el carbón y el mejor es el CH4 que adicionalmente tiene mucho mayores posibilidades de mejorar el rendimiento neto total.
En
algún momento habrá que decidir que sólo se podrá utilizar el carbón
como fuente de energía si se hace la absorción del CO2 de los humos
fijándolo en forma de carbonatos, o, como parece la tendencia actual en
EEUU, almacenando el CO2 en zonas geológicas estables en condiciones
supercríticas, aunque el consumo de energía necesario es apreciable (se
pierden unos 9 puntos en rendimiento,
por ejemplo
del 40 al 31%).
El ideal sería que tanto el carbón como los hidrocarburos se reservaran como materia prima petroquímica, quedando el gas natural además con utilización preferente en combustión en viviendas y usos especiales relacionados con la utilización de turbinas de gas u otros sistemas de cogeneración e integración de calor y energía que den lugar a un alto rendimiento de aprovechamiento.
Hidráulica:
Con su capacidad de regulación por rebombeo.
Solar:
Absorción
de radiación solar para producir calor a baja temperatura, menor de 80ºC
y ahorrar uso de combustible o energía eléctrica.
Concentradores con espejos controlados para llegar a temperaturas localizadas de hasta 4000 º C ( hornos de fusión).
Electricidad fotovoltaica utilizando el efecto fotoeléctrico mediante díodos semiconductores formados por células de Sílicio (tetravalente) dopadas con Fósforo pentavalente y Aluminio o Boro trivalente para dar el exceso o defecto de 1 electrón con respecto a los electrones de la capa exterior del Silicio
Viento:
Es
destacable el grupo montado en el mar en las costa de Dinamarca con
palas de 32m y potencia de 2 MW cada uno, 100 MW instalados.
Mareas:
Por
utilización de la energía potencial de las olas, mareas, corrientes
marinas o gradiente térmico según profundidad
Geotermia.
Aprovechamiento
del calor en el interior de la Tierra en lugares específicos para ceder
calor al agua inyectada y producción de energía eléctrica en centrales
térmicas.
Biomasa
Energía
de combustión directa de leña y desechos forestales.
Producción de
carbón de leña y destilación de metano.l
Fermentación de restos orgánicos como la glucosa de la caña de azúcar para producción de etanol y otros combustibles. Etanol mezclable con gasolina hasta el 80%.
Fermentación anaeróbica en digestores para producir metano
Biocombustibles:
Fabricación
de biodiesel
Pilas de combustible:
Transforman
la energía química contenida en el H2 o CH4 directamente en energía
eléctrica sin pasar por la combustión.
Pilas de metanol, de hidrógeno, de combustibles: de ácido fosfórico, carbonatos fundidos, polímeros fundidos, óxidos sólidos, según sea el electrolito utilizado.
Procesos bioquímicos:
Hace
más de 65 años se descubrió un alga microscópica La Chlamydomonas
reinhardtii que es capaz de separar el H2O en H2 y O2 en condiciones
controladas.
En la universidad de Berkeley , California, encontraron que eliminando la presencia de azufre y O2 se establecían las condiciones para que produjeran H2 durante un tiempo prolongado.
Como la presencia de azufre era necesaria para la elaboración de las proteínas el proceso se basaría en mantener ciclos discontínuos con variación de las condiciones exteriores.
Se llegó a producir H2 pero habría que aumentar el rendimiento para llegar a una explotación comercial.
FISION NUCLEAR
En la actualidad existen 438 centrales nucleares en el mundo que generan el 16% de la energía eléctrica mundial, la mayor contribución de todas las que no emiten gases de efecto invernadero.
La 1ª
generación se desarrolló durante los años 50 y 60 con los primeros
prototipos de reactores. En los
70 se inició la
2ª generación con grandes reactores comerciales que siguen funcionando
hoy. La 3ª se desarrolló en los
90, suponiendo
una evolución de los anteriores y ofrece mejoras en seguridad y
económicas y se han montado principalmente en Asia Oriental.
Posteriormente se han definido avances que constituyen un grupo 3+y que básicamente serán las que se instalen para satisfacer las necesidades hasta el año 2030.
Después de recoger el análisis de expertos durante 2001 y 2002 se elaboró un plan que se presentó al Congreso de EEUU en Diciembre del 2002 en un documento “GenerationIV Road Map”.
El 20 de Septiembre de 2002 con liderazgo de EEUU y participación inicial de 10 países ( Argentina, Brasil, Canadá, Corea del Sur, Inglaterra, Francia, Japón, Suiza, South Africa y EEUU ) se estableció un acuerdo de contribución y colaboración cuyo objetivo es definir la cuarta generación de centrales nucleares, el mejor sistema de fisión nuclear que pudiera utilizarse globalmente que sea sostenible pensando en siglos venideros, mejorando la fiabilidad , seguridad de funcionamiento y el rendimiento, reduciendo la cantidad de producción de residuos nucleares y el consumo de materia prima nueva por Kwh y los costes totales de producción.
Además se plantea la producción paralela en la misma central de H2 por electrolisis del agua, que pudiera distribuirse para utilización en todos los transportes por carretera. También para desalinización de agua de mar con generación de agua potable donde se necesite.
El departamento de Energía (DOE), Office of Advanced Nuclear Research integra 3 programas complementarios: GenerationIV, Nuclear Hydrogen Iniciative(NHI)y el Advanced Fuel Cycle Iniciative(AFCI). La presencia del NHI justifica el valor dado a la producción de Hidrógeno a la vez que la energía eléctrica. El hidrógeno pensado para ser utilizado en un supuesto futuro sistema de distribución para el transporte por carretera usando pilas de combustible.
La necesaria presencia del AFCI serviría para definir el sistema final adoptado de manejo y reutilización para generación de energía de los residuos nucleares así como para la posible complementación de los reactores III+.
Se
definieron 6 sistemas con el mayor potencial:
2 de neutrones térmicos: VHTR (very high temperatura reactor) y SCWR(supercritical water reactor).
3 de neutrones rápidos: GFR(gas cooled fast reactor), LFR (lead cooled fast reactor) y SFR (sodium cooled fast reactor). El plan es volcarse en los 2 primeros mientras se monitoriza la experiencia de los SFR que ya existen en funcionamiento
1 MSR(molten salt reactor),para reciclo de actínidos y transmutación.
El VHTR tendría terminado el diseño conceptual en el 2006, completo el diseño preliminar para el año 2009, completados todos los trabajos de I&D para el 2012 en que se empezaría la construcción de una planta de demostración que se terminaría para el 2017 y los primeros reactores comerciales en operación para el 2030.
Para el SCWR se plantea acabar los trabajos de investigación en el año 2015 y la terminación de una planta de demostración en el 2020.
El estudio de viabilidad para el GFR se completaría en el 2010, el diseño conceptual para el 2019 y el prototipo se instalaría en el 2025.
Hay abundante bibliografía:
El trabajo interdisciplinar hecho por el MIT ,”The future of nuclear power”
“A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems” en Diciembre 2002.
“Generation IV Nuclear Energy Systems, Ten Year Program Plan”Fiscal year 2005 constituye un trabajo formidable de organización y utilización de recursos.
Dentro de todos los esquemas se plantea el funcionamiento a mayores temperaturas, la generación con ciclo Brayton en vez de Rankine, mejorando sustancialmente el rendimiento de conversión en energía eléctrica y la recuperación de los postactínidos para generación de energía eléctrica reduciendo las necesidades de combustible nuevo así como las de almacenaje para residuos nucleares.
Está muy bien estudiado el plan de organización de todas las necesidades de Investigación para le definición de todos los materiales teniendo en cuenta las condiciones de trabajo planteadas y la definición de las distintas etapas del proyecto
FUSION NUCLEAR
Se
empezó a plantear en 1961. Desde entones se han hecho numerosos trabajos
en varios países culminando en proyectos como el JET (Joint European
Torus) en Gran Bretaña,
TFTR (Tokamak Fusion
Test Reactor) en Princeton, JT-60 en Japón y el T-15 en Rusia.
Desde esta época se han ido desarrollando tecnologías sin las cuales no sería posible el avanzar sobre este proyecto como son los magnetos superconductores, los inyectores de haces neutros de alta potencia, las técnicas de calentamiento por radiofrecuencia y el gran desarrollo en el conocimiento del estado del plasma.
El ITER es un proyecto internacional de Investigación y Desarrollo que agrupa la aportación de la Unión Europea, representada por Euratom, Japón, China, India, Corea del Sur, Rusia y EEUU que pretende la definición y construcción de un reactor inicial que se instalará en Cadarache en el Sur de Francia y que trata de demostrar la viabilidad técnica de la generación de electricidad a través de la fusión nuclear.
Como se sabe la fuente de generación de calor en el sol y en las estrellas y la generación de los distintos elementos químicos es a través de reacciones de fusión.
Se trata de demostrar que esta fuente de energía de la que se ha visto el potencial destructivo en la bomba de Hidrógeno puede ser controlada para producir energía eléctrica en forma segura y ecológica con abundantes recursos de materia prima para satisfacer las necesidades de la humanidad en forma sostenible.
Entre las reacciones posibles se ve más adecuada la del deuterio y tritio para dar helio4 por tener gran sección eficaz y desarrollar mucha energía que cede al helio4 y neutrón sobrante.
Se funcionaría en estado de plasma a una temperatura entre 50 y 100 millones de grados confinado por un sistema magnético o a través de laser actuando sobre partículas esféricas de 1mm de diámetro que contienen el deuterio y tritio.
El deuterio se extraería del agua de mar mientras que el tritio se produciría en el propio reactor mediante la reacción del litio con el neutrón producido en la reacción principal.
Varios de los criterios que se tratan de implementar en los proyectos de Generation IV para hacer un sistema sostenible están aquí conseguidos por utilizar una materia prima disponible para miles de años, por tener un inventario de materiales en proceso muy pequeño (seguridad) y por no dar lugar a residuos.
Los criterios que fijarían una etapa de éxitos serían el de Lawson y el de ignición. Se trata de demostrar que se posible mantener encendido el plasma produciendo más energía que toda la consumida.
La organización de ITER se estableció el 24 Octubre de este año 2007.
En Septiembre se han discutido entre los expertos las líneas básicas para iniciar el diseño del reactor experimental que se pondrá en funcionamiento pensando que entre el año 2016 y 2030 se tendrá toda la información para producir los reactores comerciales que estarían operativos para el 2050
UTILIZACION DEL CARBON
El
informe del MIT “The future of coal: Options in a Carbon constrained
world”da una perspectiva.
Se utiliza en EEUU para generar más de la mitad de la
energía eléctrica producida, el % es mucho mayor para India y China y es
alrededor del 40%para la producción mundial.
Las impurezas a eliminar provienen del azufre contenido, dando SO2 y SO3, partículas sólidas, NOx y CO2.
Las emisiones globales de CO2 procedentes de la combustión de carbón para generación de energía eléctrica se calcula que constituyen el 41% de todas las emisiones relacionadas con la producción de energía.
Es el combustible más barato y su emplazamiento es más extendido en el planeta que en el caso del petróleo y se calculan existencias para un consumo de más de 150 años con el ritmo actual.
Su uso en el futuro está ligado a la eliminación de contaminantes y absorción y secuestro de la mayoría del CO2 producido.
Las técnicas de filtración electrostática en seco y húmeda, la utilización de la combustión de carbón con aire u Oxígeno o la alternativa de producción de gas de agua y la de absorción con aminas del CO2 así como la generación de vapor en condiciones supercríticas y la del envío del CO2 a almacenes subterráneos salinos en forma líquida a temperatura ambiente y en condiciones supercríticas son opciones que se están teniendo en cuenta y probando para elegir la solución más económica y los emplazamientos adecuados.
Se prevé que pérdida de rendimiento neto ( la necesidad de utilización de energía) para la absorción del 90% del CO2 supondrá el bajar de un 38% en 9 puntos a 29%.
Las localizaciones vendrán ligadas al transporte del CO2 y la necesidad de presión de salida para el CO2 puede favorecer el proceso de gas de agua frente al de combustión.
La utilización de O2 para combustión reducirá sustancialmente el tamaño de la planta y la energía consumida a comparar con la utilizada en la separación de O2 del aire.
Los mejores rendimientos de generación de energía eléctrica se obtendrán a las mayores presiones y temperaturas de vapor llegándose a considerar hasta 325 Kg/cm2 y recalentado a 600ºC.
El DOE (departamento de Energía) en EEUU tiene en el proyecto” FutureGen “ el plan de soportar la realización de varias instalaciones de más de 300 MW c/u basados en IGCC-CCS, combinación de producción de gas de agua y secuestro y almacenaje de CO2 que debieran estar operativas para el año 2015.
OTRAS ACTUACIONES POSIBLES
1 REDUCIR LAS EMISIONES DE CO2
Absorción del CO2 de los humos de combustión y fijación en forma de carbonatos o su almacenaje en estado supercrítico en estructuras geológicas estables.
Esto aplicable al resto de combustiones de hidrocarburos.
Poner más medios para el control y reducción de los incendios forestales
2 AUMENTAR LAS ABSORCIONES DE CO2
Aumento masivo permanente de la masa forestal.
Aumento de la capacidad de absorción de CO2 por el mar:
Se ha considerado la posibilidad de aumentar la creación de vegetación submarina mediante fertilización con hierro en zonas concretas.
Utilización del CO2 absorbido para desplazamiento de la producción en los pozos de crudo.
3 REDUCCION DE LA RADIACION SOLAR INCIDENTE
Absorbiendo localmente la llegada de radiación directa del sol. Esto lo hacen ya los aerosoles.
Se podría disparar a la estratosfera polvo o cenizas aumentando el efecto
Se ha pensado también en la colocación de grandes espejos en órbita
4 REDUCIR EL EFECTO INVERNADERO
Forzar la emisión de calor de la capa que produce el efecto invernadero.
Se ha analizado la posibilidad de aumentar la emisividad de capas de la atmósfera sobre la superficie del mar mediante la adición de niebla salina
5 AUMENTO DE LA CAPACIDAD DE REFLEXIÓN DE LA TIERRA
Mejorar el albedo.
Evidentemente cualquier cambio debe ir precedido de un estudio exhaustivo de viabilidad para evitar posibles efectos secundarios no deseados.
ACCIONES NECESARIAS
LOS GOBIERNOS
Los
gobiernos de los distintos países con comunicación, coordinación y
compromiso supranacional, promoviendo infraestructuras, sistemas y
apoyos que faciliten el desarrollo del concepto global;
Creación de un marco que haga interesante económicamente el ahorro energético.
Educación y concienciación de la población de la necesidad de su participación y colaboración.
Apoyo a la Investigación en temas energéticos y de protección del medio ambiente.
Conservación y ampliación del inventario vegetal evitando incendios forestales y plantando árboles
LAS EMPRESAS DE PRODUCCIÓN
Las
empresas de fabricación de productos y bienes en general usuarias de
materias primas y energías tendrán que ir mejorando sus rendimientos
para sobrevivir.
Integración de plantas y procesos. Optimización En todos los casos mejorar Rendimiento, Reutilización y Reciclado
LOS INDIVIDUOS
Reducir voluntariamente el consumo de bienes innecesarios que ahorrarán la necesidad del consumo de energía y materia prima para su producción.
Comprar
bienes duraderos y reutilizables. Reciclar.
Utilización eficaz de los recursos energéticos que maneja: agua, gas, electricidad para todos los servicios, aceptando temperaturas razonables de calefacción en Invierno y de frío en Verano.
Reducción de necesidades de consumo mejorando aislamiento, rendimientos de iluminación y electrodomésticos, evitando pérdidas o utilizando recursos arquitectónicos que tengan en cuenta las necesidades de calentamiento y refrigeración , relación con su orientación y afectación por la posición del sol.
Mejora de actitud ante el ahorro.
Utilizar más el transporte público y la bicicleta.
Hay información de divulgación publicada en España por el IDAE.
2007-2008
José Javier Almándoz: Dr. Ingeniero Industrial