Las fuentes de energía

La energía es la capacidad que tiene una persona, animal u objeto para realizar un trabajo. Si miramos a nuestro alrededor podemos observar que las plantas crecen, los animales se trasladan y las máquinas realizan distintas tareas. Todas estas actividades tienen en común que necesitan energía para que se produzcan.
Puede manifestarse en la naturaleza de diferentes formas: en forma de movimiento (energía cinética), de posición (energia potencial), de calor (energía calorífica), de electricidad (energía eléctrica), de reacción química (energía química), de reacción nuclear (energía nuclear), etc.
La energía se encuentra en constante transformación, pasando de unas formas a otras. Ejemplos: la energía cinética del viento se transforma en energía eléctrica en un aerogenerador de un parque eólico. La energía calorífica que se aplica a una olla express se convierte en energía cinética en la válvula que se mueve cuando el vapor sale. La energía eléctrica se transforma en energía cinética moviendo las aspas de un ventilador, etc, etc.
Las fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza que la humanidad aprovecha para obtener energía utilizable en sus actividades. El origen de casi todas las fuentes de energía es el Sol que "recarga" los depósitos de energía.


Las fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos:

• Renovables o ilimitados. Ejemplo: el viento.
• No renovables o limitados. Ejemplo: el carbón.

Las fuentes renovables se dividen en dos categorías:

• Limpias.
  • Eólica: viento.
  • Geotérmica: calor de la Tierra.
  • Hidroeléctrica: ríos y corrientes de agua dulce.
  • Mareomotriz: mares y océanos.
  • Solar: sol.
• Contaminantes.
  • Biomasa.
  • Biocarburantes.
    
    Las fuentes de energía no renovables son aquellas que han tardado millones de años en formarse pero se consumen rápidamente. Es decir: sus reservas son limitadas y terminarán agotándose.  Existen dos tipos de energías no renovables:
    
    

    • Energía fósil. Los combustibles fósiles son el carbón (sólido), el petróleo (líquido) y el gas natural (gas). Se forman por acumulación y enterramiento de restos de seres vivos durante millones de años. La energía fósil es la más utilizada en el mundo: medios de transporte, hogares, etc.
    • Energía nuclear. El combustible es mineral de uranio que se desintegra para producir gran cantidad de energía. Esta energía se utiliza en las centrales termonucleares para producir electricidad mediante turbinas de vapor de agua. Su principal problema es que produce residuos radiactivos peligrosos.

    
    Reactor nuclear
    

    
    La combustión de carburantes (carbón y derivados del petróleo) para producir energía provoca la emisión de gases contaminantes como el dióxido de carbono (CO2). La presencia de estos gases en la atmósfera favorecen el efecto invernadero y por tanto el calentamiento global de la Tierra. El uso de energías renovables limpias como la energía solar, la eólica o la hidráulica no utilizan la combustión para producir energía y por este motivo son una excelente alternativa a las energías contaminantes.
    
    El efecto invernadero es el fenómeno que se produce cuando los gases contaminantes de la atmósfera impiden que se escape al exterior la energía que emite la superficie terrestre al calentarse por el sol. La emisión de dióxido de carbono y metano producidos por la actividad humana producen una capa que retiene la radiación reflejada por la superficie terrestre produciendo a escala mundial un efecto similar al observado en un invernadero. La primera consecuencia del efecto invernadero es el calentamiento global del planeta y por tanto el cambio climático. 
    
    En 1997 en la ciudad de Kioto (Japón) los países se reunieron para firmar un acuerdo internacional. El Protocolo de Kioto es una serie de medidas que pretenden reducir la emisión de 6 gases de efecto invernadero: dióxido de carbono (CO2), gas metano (CH4), óxido nitroso (N2O), hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6). De esta forma se pretende evitar el calentamiento global y el cambio climático. Estados Unidos no ha firmado este acuerdo a pesar de ser el mayor productor de gases de efecto invernadero.
    
      Energías renovables
    

    
    -La energía solar es la energía obtenida a partir de la captación de luz y calor emitidos por el sol. Es una fuente de energía inagotable, universal y de fácil acceso. Sus usuarios deben realizar un gasto en la instalación del equipo solar (paneles, termostato, etc) pero con el tiempo es cada vez más barato. La energía solar no contamina, se capta directamente y su instalación es de fácil mantenimiento.
    
    -La energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, de la energía producida por las corrientes de aire. Los molinos actuales se llaman aerogeneradores y se instalan formando parques eólicos. Es un recurso abundante, renovable y limpio. En el año 2009 en España el 11% de la energía consumida procedía de energía eólica.
    
    -La energía hidráulica se obtiene del aprovechamiento de la fuerza del agua en ríos y embalses. El agua se embalsa en presas que luego se deja salir por un conducto para mover las aspas de una turbina que al girar produce energía eléctrica.
    
    
    -La energía solar térmica consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse en los hogares particulares para cocinar alimentos, producir agua caliente, para la calefacción, etc. o bien en grandes centrales solares térmicas para generar electricidad. 
    
    En los hogares:
    Para aprovechar el calor solar se utilizan paneles solares térmicos. La instalación solar térmica se ubica en los tejados y consta de los siguientes dispositivos:
    

    1. Colector o panel solar térmico
    2. Deposito de almacenamiento
    3. Caldera
    4. Estación solar
    5. Consumo del agua (ducha)

    
    Un sistema de energía solar térmica funciona de la siguiente manera:
    

    1. El colector o panel solar capta los rayos del sol absorbiendo de esta manera su energía en forma de calor.
    2. El agua que circula por el panel solar se calienta.
    3. El agua caliente se utiliza directamente como agua sanitaria o en la calefacción o bien se almacena en un depósito.

     
    Panel solar con depósito superior 
     
    En las plantas solares térmicas:
    Una serie de helióstatos o espejos direccionales de grandes dimensiones reflejan la luz solar hacia una torre, concentrando todos los rayos solares sobre la caldera. El calor produce vapor de agua a presión que mueve una turbina para producir electricidad.
    
    

    
    -La energía solar fotovoltaica consiste en la conversión directa de la luz solar en energía eléctrica. Los rayos de sol inciden sobre las células fotovoltaicas que forman el panel solar y la energía solar se transforma en electricidad.
    Las células fotovoltaicas del panel solar están construídas de materiales semiconductores como el germanio y el silicio. Estas sustancias cuando reciben los fotones de la luz producen una corriente de electrones (corriente eléctrica). A este efecto se le conoce con el nombre de efecto fotovoltaico.
    
    Existen dos tipos de aplicaciones de la energía solar fotovoltaica:
    

    • Instalaciones aisladas de la red eléctrica. Se utiliza en casas situadas en lugares alejados donde no llega la red eléctrica.  Es la forma de suministrar electricidad a casas de campo, refugios montaña, instalaciones ganaderas, sistemas de comunicaciones, etc. Estas instalaciones están formadas por paneles solares para convertir la energía solar en electricidad y baterías para guardar la energía eléctrica producida.

    
    

    • Instalaciones conectadas a la red eléctrica. Estos sistemas están pensados para producir electricidad y enviarla a la red eléctrica general. Las empresas eléctricas pagan por los kilovatios producidos por lo que la inversión económica realizada por el propietario puede recuperarse en un periodo de tiempo entre 7 y 10 años. Las instalaciones solares más grandes conectadas a la red eléctrica se llaman huertas o parques solares. Se sitúan en suelo rústico y sus paneles pueden ser fijos o de seguimiento solar. Estos últimos se mueven siguiendo el recorrido del sol para aumentar la generación de electricidad.

     
    

    
    
    

    -La energía eólica es la energía que se obtiene de las corrientes de aire. La fuerza del viento mueve las aspas de los aerogeneradores y ese giro se transforma mediante un alternador en energía eléctrica.
    
    Para poder aprovechar la energía del viento es necesario que alcance una velocidad mínima de 10 km/h y una velocidad máxima de 90 km/h. Estos modernos molinos de viento se suelen instalar concentrados en un mismo espacio para que resulten más rentables formando lo que se llaman parques eólicos.
     
    La fuerza del viento se ha utilizado desde la antigüedad. Para mover barcos impulsados por velas o bien para mover las aspas de molinos que extraían agua de un pozo o molían el grano para obtener harina.
    Las ventajas de la energía eólica son:
    

    • Es una energía limpia porque no produce gases ni residuos contaminantes.
    • No utiliza combustión que produzca dioxido de carbono (CO2) por lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio climático.
    • Se puede instalar en espacios no aptos para otros fines: zonas desérticas o áridas, próximas a la costa, cuestas muy empinadas, etc.
    • Puede convivir con otros usos del suelo: cultivos bajos de trigo, papas, remolacha, etc así como prados para pastos del ganado.
    • En algunos países del norte de Europa se han construido parques eólicos en el mar donde el viento es más fuerte y más constante y el impacto ambiental es menor.
    • Su instalación y puesta en funcionamiento en terrenos terrestres es relativamente rápida: entre 4 y 9 meses generando un considerable número de puestos de trabajo.

    Sin embargo el uso de la energía eólica también tiene algunos inconvenientes que es necesario conocer:
    

    • La fuerza del viento oscila de forma considerable. La ausencia de viento hace que no sea posible depender de esta fuente de forma exclusiva. Por otra parte cuando el viento sopla más fuerte de lo previsto es necesario bloquear las aspas para que no se dañen las piezas mecánicas.
    • Influencia en la fauna. El ruido que producen los aerogeneradores puede molestar a los animales próximos. Por otra parte la instalación de parques eólicos en lugares de paso de las aves migratorias pueden ser letal para algunas especies.
    • El impacto visual en el paisaje. A muchas personas no les gusta observar cómo se alzan los aerogeneradores en medio de la naturaleza porque estropean la paisaje natural.

    
    -La energía hidráulica aprovecha la fuerza del agua en ríos y embalses. Se construye una presa que retiene el agua normalmente en el cauce alto de los ríos. Cuando el agua estancada alcanza una determinada altura se abre una conpuerta por donde se escapa un chorro de agua a presión. Esta corriente de agua mueve las aspas de una turbina que al girar produce energía eléctrica.
    
    Desde hace siglos en los ríos se utilizan los molinos de agua donde la corriente de agua de un río movía sus palas y ese movimiento se aprovechaba para moler grano. En la actualidad la fuerza del agua de los ríos se transforma en energía eléctrica en estaciones que reciben el nombre de centrales hidroeléctricas.
     
    Entre las ventajas de este tipo de energía cabe destacar:
    

    • Es un energía renovable prácticamente inagotable.
    • Es una energía limpia porque no emite gases contaminantes.
    • Produce gran cantidad de energía.
    • Supone una importante inversión inicial en su construcción pero luego tiene un mantenimiento económico.

    Sus inconvenientes pueden ser:
    

    • La construcción del embalse puede inundar tierras fértiles e incluso pueblos enteros.
    • Impide la migración "río arriba" para reproducirse de especies como la trucha o el salmón.
    • Altera el ecosistema del río aguas abajo: caudal de agua, sedimentos, etc.
    • Produce un alto impacto visual en espacios naturales. Además de la energía solar, eólica e hidráulica existen otras fuentes de energía renovables:
      
    • Energía geotérmica.
    • Energía marina: mareomotriz (mareas) y undimotriz (olas)
    • Energía de la biomasa.
    • Biocombustibles.

    
    

    La energía geotérmica se obtiene del aprovechamiento del calor interior de la Tierra. El calor se puede utilizar directamente para el uso doméstico (agua caliente) o bien para generar electricidad. Existen varios tipos de yacimientos geotérmicos según la temperatura:
    

    • De alta temperatura. Entre 150 y 400 ºC. El vapor de agua sale a la superficie de forma violenta y mediante una turbina genera electricidad. Ejemplo: géiser.
    • De temperatura media. Entre 70 y 150 ºC. El vapor de agua tiene un rendimiento eléctrico menor y también se utiliza para la calefacción doméstica.
    • De temperatura baja. Por debajo de 70 ºC. Se emplea sobre todo para instalaciones domésticas de calefacción y agua caliente.

    
    Ventajas de la energía geotérmica:
    

    • Evita la dependencia de fuentes energéticas como el petróleo y el carbón.
    • Los residuos que produce son mínimos y no contaminantes.
    • Es una forma de energía barata y abundante allí donde surge.
    • La instalación de una planta geotérmica no es costosa.

    Inconvenientes de la energía geotérmica:
    

    • En ocasiones está acompañada por la emisión de ácido sulfhídrico que huele mal y en grandes cantidades es mortal.
    • Puede contaminar las aguas próximas con sustancias emitidas como el arsénico, amoníaco, etc.
    • No esta disponible en todos los lugares.
    • El paisaje puede deteriorarse.
      La energía marina es la energía renovable producida por las mareas, olas del mar, las corrientes oceánicas, etc. El contínuo movimiento del agua en el mar puede ser un inmenso almacén de energía en movimiento. Ese movimiento se puede aprovechar para generar electricidad destinada a casas, industrias, transportes, etc. Según el agente marino que produzca la energía se distinguen distintos tipos:
      

      • Energía mareomotriz: mareas.
      • Energía undimotriz: olas.
      • Energía de las corrientes marinas.

    
    -La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas. La marea es la subida o bajada del nivel del mar en la costa producida normalmente por las fuerzas de atracción de la Luna y el Sol. Este movimiento se produce de una forma periódica y predecible. La instalación de centrales mareomotrices en estuarios, bahías o rías permite situar turbinas que aprovechen este movimiento para la producción de energía eléctrica. Estas centrales funcionan como el embalse tradicional de un río. Su depósito se llena cuando sube la marea y el agua se retiene hasta la bajamar. Luego el agua retenida se libera a través de conductos estrechos hacia el mar accionando la hélice de una turbina. Al girar mueve un generador que produce electricidad. Este tipo de centrales sólo es posible en aquellos lugares donde la diferencia entre la marea alta y la baja sea de 5 metros como mínimo.
    
    Ventajas de la energía mareomotriz:
    

    • Renovable.
    • No contaminante.
    • Bajo costo de materia prima.
    • Disponible en cualquier clima y época del año.

    Desventajas de la energía mareomotriz:
    

    • Impacto visual en el paisaje costero.
    • Depende de la amplitud de mareas
    • Su instalación y el traslado de la energía eléctrica producida son costosos.
    • Efecto negativo sobre la flora y la fauna costeras.
    • Limitada: no produce una gran cantidad de energía.

     
    

    
    -La energía undimotriz es la que se obtiene aprovechando la fuerza de las olas. Las olas están producidas el sol y el viento y contienen gran cantidad de energía. El aprovechamiento de este tipo de energía es más reciente y está menos extendido. Existen varios sistemas para aprovechar la fuerza de las olas:
    

    • Una boya unida por un cable a una turbina. Al moverse la boya por las olas, este movimiento se transmite a la turbina produciendo electricidad.
    • Un aparato flotante y articulado como una serpiente marina (pelamis). Al moverse por las olas, el movimiento relativo de sus partes genera electricidad.
    • Un pozo con la parte superior cerrada y la parte inferior comunicada con el mar. Al entrar con fuerza las olas por debajo, empujan el aire interior del pozo que sale por una pequeña abertura superior moviendo una turbina que produce electricidad.

    
    Las ventajas de la energía undomotriz son:
    

    • Renovable
    • No contaminante
    • Bajo costo de materia prima.
    • Disponible en cualquier época del año.

    Entre las desventajas cabe mencionar:
    

    • Impacto visual en el paisaje costero.
    • Influencia en la flora y la fauna costeras.
    • Instalación y traslado de la energía eléctrica producida son costosos.
    • Riesgos para la navegación marítima.

    
    Las corrientes marinas son chorros de agua marina que se mueven en superficie o en profundidad por los mares y océanos. Están originados por la rotación de la Tierra, la radiación solar, los vientos, la situación de los continentes y la forma de las costas y suelo marino.
    Según su temperatura las corrientes marinas pueden ser:
    

    • Cálidas. Ejemplo: la corriente del Golfo que baña la costa este de Estados Unidos o la corriente de Japón.
    • Frías. Ejemplo: la corriente de Canarias que suaviza el clima de estas islas.
    • Mixtas. Ejemplo: la corriente de California que empieza siendo fría y luego se convierte en cálida.

    Según su profundidad las corrientes marinas también pueden ser: de superficie y de profundidad. Las corrientes de profundidad resultan del efecto de compensación de las corrientes superficiales.
    
    -La energía de las corrientes marinas consiste en aprovechar su energía para producir energía eléctrica. Todavía es una fuente muy poco utilizada pero en el futuro podría ser importante. Es una fuente renovable y mucho más constante que la energía eólica y energía solar.
    
    

    
    -La energía de la biomasa es un tipo de energía renovable que procede del aprovechamiento de las sustancias que forman los seres vivos (vegetales o animales) o bien de sus restos o residuos. La energía se obtiene por la combustión de ...
    

    • Combustiles líquidos elaborados a partir de vegetales como la caña de azúcar y la remolacha. Son, por ejemplo,  el metanol y etanol que se usan en los motores sustituyendo a los derivados del petróleo.
    • Residuos de plantas: troncos, ramas, tallos, frutos, etc. 
    • Biogás. Se genera en depósitos en los que se van acumulando excrementos de animales, basuras humanas, etc que se descomponen y fermentan gracias a la acción de microorganismos.La mezcla de gases resultante se puede utilizar como fuente de energía.

    La combustión de la biomasa produce dióxido de carbono que contamina el medio ambiente. En la actualidad se están haciendo numerosos experimentos con distintos tipos de plantas para aprovechar de la mejor forma posible esta fuente de energía.
    
    

    
    -El biocombustible o biocarburante es una mezcla de hidrocarburos que se obtiene a partir de vegetales cultivados o residuos orgánicos fermentados. Se utiliza como combustible en motores como alternativa a los derivados del petróleo y mezclados con ellos.
    Los principales tipos de biocarburantes son:
    

    • Bioetanol. Se elabora por fermentación alcohólica de cultivos como la caña de azúcar, remolacha, maíz, yuca y cereales.
    • Biodiesel. Se fabrica a partir de aceites vegetales de plantas como la palma, cocotero, colza, soja o bien de aceites vegetales usados.
    • Biogas. Se obtiene de la fermentación de desechos orgánicos: excrementos de animales y residuos vegetales.

    
    Las ventajas del uso de biocombustibles son:
    

    • Sustituyen a los derivados del petróleo.
    • Son una fuente de energía renovable al depender de cultivos.
    • Su combustión emite CO2 pero no tanto como la cantidad absorbida durante su elaboración.
    • Se aprovechan residuos vegetales y animales.

    Los inconvenientes de los biocarburantes son:
    

    • Pueden producir la tala de bosques para conseguir terrenos de cultivo.
    • Suben el precio de los cultivos destinados a la alimentación.

    
    

    
    
    

En esta unidad se estudiarán con detalle las distintas fuentes de energía renovables como alternativa a las no renovables (carbón, petróleo y gas natural).  Se llama energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales prácticamente inagotables. Son fuentes que contienen una inmensa cantidad de energía o bien son capaces de regenerarse de forma constante. Ejemplos: La energía solar, eólica, hidroeléctrica, geotérmica, etc.
Un concepto similar a la energía renovable pero no idéntico es energía alternativa. Se refiere a aquella fuente que puede sustituir a las fuentes energéticas actuales bien porque es renovable (no se agota) o bien porque no es contaminante. Por ello se dice que la energía solar o la energía eólica son energías alternativas al petróleo porque a diferencia de éste no producen contaminación y no se agotan.
También se utiliza el término energía verde o limpia para referirse a energías renovables que no contaminan el medio ambiente: solar, eólica, etc. Estas energías están teniendo mucha importancia en la actualidad por varios motivos:

• El efecto invernadero que se produce en la atmósfera y el calentamiento global aconsejan no utilizar energías que contaminen el aire como los combustibles fósiles: carbón y petróleo.
• El agotamiento o ausencia de las fuentes de energía como el petróleo o el gas en algunos países.
• La independencia de las fuentes de energía habituales por parte de algunos países para ahorrar gastos.

Energías no renovables

Energías no renovables son aquellas fuentes de energía que tienen un carácter limitado en el tiempo y cuyo consumo implica su desaparición en la naturaleza sin posibilidad de renovación. Suponen en torno al 80 % de la energía mundial y sobre las mismas se ha construido el inseguro modelo energético actual.
Sus características principales son:

• Generan emisiones y residuos que degradan el medioambiente.
• Son limitadas.
• Provocan dependencia exterior encontrándose exclusivamente en determinadas zonas del planeta.
• Crean menos puestos de trabajo en relación al volumen de negocio que generan.
• Conseguir su control provoca conflictos por su interés estratégico militar.

CLASIFICACION
Las energías no renovables pueden ser agrupadas en dos grandes grupos:
Combustibles Fósiles
Recursos generados en el pasado a través de procesos geobiológicos y como consecuencia limitados. Representan el 75% de las energías de carácter no renovable y son los siguientes:

• Carbón - Fuente energética característica del periodo industrialista inicial sustituida durante el siglo XX por otras fuentes no renovables, principalmente el petróleo. Tiene un factor de emisión de CO2 muy elevado y las partículas emitidas en suspensión son causa, entre otras cosas, de la denominada lluvia ácida. Todavía es utilizada en determinados tipos de industrias y como fuente de alimentación de calefacción, aunque es la fuente no renovable menos utilizada en España y en la UE, con una clara tendencia a su sustitución por otras alternativas más prácticas y menos contaminantes.
• Petróleo - Fuente energética por excelencia a lo largo de todo el siglo XX siendo actualmente la fuente primaria a nivel mundial. El agotamiento de sus reservas se encuentra cercano y la variación en sus precios y el acaparamiento por parte de los países productores del mismo genera tensiones a nivel mundial que están afectando notablemente a la economía del planeta. Son destacables también sus aspectos contaminantes en los procesos de producción, transporte y consumo. 
• Gas Natural - Sus dificultades para poder ser almacenado y transportado hicieron que no se considerase en un principio, aunque la necesidad de investigar energías alternativas a las existentes hicieron posible su utilización mediante redes de gas natural, actualmente distribuidas en todo el mundo, y medios de transporte marítimo adecuados para tal fin. Puede ser considerado el combustible fósil más limpio, con la menor cantidad de emisiones de CO2 y producción nula de partículas sólidas. Su rendimiento energético es elevado lo que permite una mayor producción de energía con menor cantidad de combustible. Su consumo va en aumento pudiendo considerarse dentro de su condición de fuente no renovable el más sostenible dentro de las alternativas existentes. Es considerado por muchos expertos como fuente energética de tránsito hasta la total implantación de las energías renovables. Ocupa el segundo lugar en el porcentaje de consumo después del petróleo.

Energía Nuclear
Producida en las centrales nucleares a partir del Uranio, mineral radiactivo limitado y escaso, es la fuente no renovable que genera un mayor rechazo social a pesar de que su consumo es uno de los menos representativos, sólo un 5% de las fuentes no renovables.

La energía eléctrica se obtiene mediante fisión nuclear cuya mayor problemática se plantea en relación a la generación y gestión de los residuos radiactivos y a la dificultad social de localización de las centrales nucleares por su elevado riesgo.
Los impactos medioambientales del uso de energías no renovables
Algunos estudios demuestran que el impacto medioambiental de las energías no renovables frente a las renovables es hasta 30 veces superior.
A continuación enumeramos algunos de los efectos negativos más relevantes:

• La lluvia ácida – con contenido de ácido sulfúrico que puede afectar irreversiblemente a los ecosistemas.
• Efecto invernadero - con del calentamiento del planeta y consecuencia del cambio climático.
• Vertidos contaminantes -en zonas de producción, principalmente producidos por los combustibles fósiles.
• Residuos radiactivos peligrosos - generados en el proceso de fisión nuclear.
• Accidentes y escapes - tanto en la producción como en el transporte.

Las alteraciones que producen este tipo de energías en el entorno son en general irreversibles y con consecuencias nefastas tanto a nivel local como global.

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