18 Nov Energías renovables y no renovables
INTRODUCCIÓN
La necesidad de emplear fuego por parte del hombre se remonta a hace más de un millón de años y desde entonces hasta ahora, los combustibles de origen fósil han sido una fuente o la fuente fundamental que inicialmente nos dio luz y calor y que en la era industrial nos ha proporcionado y proporciona energía.
Actualmente la quema de petróleo es responsable del 30 % de las emisiones de CO2 en el aire. A partir de aquí y por muchas razones se considera la alternativa de las energías renovables para la generación de energía. Desde hace décadas, la sociedad actual se encuentra en esta transición que no es fácil ni rápida por los muchos intereses y factores políticos a los que afecta.
La transición hacia las energías renovables a nivel mundial encuentra diferentes impulsos y velocidades dependiendo del área geográfica a la que nos dirijamos. En este sentido la Unión Europea, que representa una sustancial parte de la actividad antropogénica del continente europeo, se configura como la zona mundial donde más ayudas y compromiso está encontrando por parte de la administración.
Los dos motivos en los que se fundamenta la transición de generación de energía por combustible fósil, a procedente de fuentes renovables son los siguientes:
- La necesidad de obtener una independencia energética, con la opción de reducir las importaciones de los combustibles convencionales
- Y por otro la reducción necesaria e imperativa de las emisiones de gases de efecto invernadero.
Cuando hablamos de fuentes de energía renovables, fundamentalmente estamos hablando de las siguientes fuentes de energía:
- La energía eólica
- La energía solar fotovoltaica
- La energía solar térmica
- La energía geotérmica
- La biomasa
- Las energías marinas
- La energía hidráulica
- La energía a partir de hidrógeno verde (hidrógeno generado por electrólisis del agua empleando energía eléctrica renovable)
España dispone de fuentes renovables muy importantes y en los últimos 20 años ha dado un impulso a la generación de energía renovable, sobre todo, a partir de la crisis financiera. Por ello, actualmente, España se sitúa entre los tres países de mayor desarrollo de las energías renovables, junto con Alemania e Italia y entre los diez primeros países a nivel mundial junto con Japón, Canadá, Reino Unido, Brasil, China y EE. UU.
1 – ENERGÍAS FÓSILES
Los combustibles fósiles emiten a la atmósfera grandes cantidades de CO2 durante la combustión, siendo estas emisiones las principales causantes del calentamiento global, lo que provocan serios daños en el medio ambiente.
Hoy en día seguimos utilizando los combustibles fósiles como fuente fundamental de generación de energía. Se estima que actualmente el 86 % de la energía generada en el planeta procede de este tipo de fuente.
La teoría del pico de Hubbert dice que, para cualquier área geográfica dada, desde una región productora de petróleo individual hasta el planeta en su conjunto, la tasa de producción tiende a seguir una curva en forma de campana.
Esta teoría predice que la producción mundial de petróleo llegará a su cenit para después declinar tan rápido como creció, resaltando el hecho de que el factor limitador de la extracción de petróleo es la energía requerida y no su coste económico. El debate no se centra en si existirá un pico del petróleo sino en qué momento ocurrirá.
Por tener alguna referencia, la Agencia Internacional de la Energía hizo público en noviembre de 2010 que la producción de petróleo crudo llegó a su pico máximo en 2006.
Desde el punto de vista geopolítico, hay que tener en cuenta que la mayoría de las reservas para todos los combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón) pertenecen a países que no son miembros de la OCDE.
1.1 – CARBÓN
De los combustibles fósiles existentes, el carbón es el único que se encuentra en estado sólido. El carbón se compone de cinco elementos diferentes: carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y azufre, y la distribución de esos cinco elementos varía según el tipo de carbón.
Dentro del carbón se distinguen variedades de acuerdo a su poder calorífico inferior. El carbón con el contenido más alto de energía es la antracita. Luego vienen el lignito y el esquisto bituminoso que no son tan ricos en energía y se emplean para otros usos.
- Antracita: Está compuesto por un 86 a un 97 % de carbono. Se usa para calefacción, combustión y para la fabricación de acero.
- Carbón bituminoso: su composición oscila entre el 45 y el 86 % de carbono, se emplea para la generación de energía, para aplicaciones de calor y energía en la industria y para convertirse en coque para la fabricación de acero.
- Carbón sub-bituminoso: Compuesto por un 35-45 % de carbono. Fundamentalmente también se utiliza para la generación de energía. Este carbón tiene un contenido en azufre más bajo que otros tipos de carbón.
- Lignito: de 25 a 35 % de carbono, se utiliza casi exclusivamente para la generación de energía
Para la generación de energía y descrito de forma sencilla, el carbón se quema, dando lugar a gases calientes y la energía térmica producida por la combustión convierten el agua en vapor para hacer funcionar una turbina y un generador.
Actualmente proporciona el 40 % de la energía eléctrica del mundo. También es el principal causante de los episodios de lluvia ácida, por las emisiones de gases con azufre, nitrógeno y orgánicos volátiles.
1.2 – PETRÓLEO
El petróleo crudo se lleva a las refinerías, donde se procesa convirtiéndolo en el combustible que podemos utilizar. Estas refinerías producen una gama de diferentes sustancias de petróleo que luego se utilizan para diferentes aplicaciones.
Una vez extraído, el petróleo es transportado por oleoducto, barco, ferrocarril o camiones a una refinería donde se somete a un proceso complejo que produce productos derivados del petróleo como gasolina, diésel, queroseno, combustible para hogar, aceite lubricante y asfalto junto con productos petroquímicos que se utilizan para fabricar productos comunes como plásticos, fibra sintética, jabón y pinturas.
Aproximadamente el 71 % del consumo mundial de petróleo se usa para producir combustible para alimentar los sistemas de transporte.
Los sistemas de transporte impulsados por petróleo contribuyen significativamente a las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero y al cambio climático.
La obtención de las diferentes fases del petróleo, en concreto, las fracciones que van destinadas al transporte como el queroseno, el diesel y la gasolina deben cumplir con el PON (Pump Octane Number), es decir, el octanaje, que es la resistencia que presenta el combustible a producir la detonación.
Del petróleo podemos obtener los siguientes productos:
- Gas seco
- Propano/Propileno
- Butano
- Queroseno
- Fueloil – Nº 2,3,4,5,6
- Diesel
- Gasolinas
- Aceites lubricantes
- Alquitrán
- Gas licuado de petróleo.
- Otros productos orgánicos
Todo ello a través de dos procesos:
- Craqueo catalítico: llamado de fluidos (FCC por sus siglas en inglés) es uno de los procesos de conversión más importantes utilizados en las refinerías de petróleo. Este proceso descompone los hidrocarburos más complejos en moléculas más simples para aumentar la calidad y cantidad de otros productos más ligeros y valiosos para este fin y reducir la cantidad de residuos.
- Craqueo térmico: En este proceso, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. La eficiencia del proceso es limitada debido a las elevadas temperaturas y presiones que hace que se deposite una gran cantidad de combustible sólido en los reactores.
El agrietamiento de los hidrocarburos del petróleo se realizó originalmente por craqueo térmico y fue reemplazado casi por completo por craqueo catalítico, porque produce más gasolina con un índice de octano más alto.
2 – ENERGÍAS FÓSILES FRENTE A ENERGÍAS LIMPIAS
Actualmente y después de la invasión de Ucrania, existen motivos por los que se deben considerar diferentes alternativas a las energías no renovables, por un lado, la necesidad de una independencia energética de los países productores de petróleo y gas natural, con opción de reducir las importaciones de los combustibles convencionales y, por otro, la reducción necesaria e imperativa de las emisiones de gases de efecto invernadero.
Las emisiones de dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx) y otros, responsables de la lluvia ácida, del efecto invernadero y, en definitiva, del calentamiento generalizado de la Tierra, contribuyen, en parte, al cambio del clima en el planeta.
La industria de las energías renovables genera actividad económica, y puestos de trabajo para los países que investigan, innovan, fabrican y exportan tecnologías de energía limpia.
3 – DESCARBONIZACIÓN
Para contextualizar, la última vez que la temperatura promedio global fue 2 °C más cálida, el nivel promedio del mar era más de 6 metros más alto que el nivel promedio del mar actual, lo que conllevaría, si el aumento fuera de 3 °C, a que ciudades como Miami, Shanghái, Osaka o Río de Janeiro se hundirían bajo el agua, teniéndose que escapar de las inundaciones y desplazarse a otros lugares seguros, aproximadamente, 275 millones de personas en todo el mundo.
Actualmente la técnica dispone de las siguientes tecnologías para la disminución de las emisiones provocadas por el uso del carbón:
- Planta integrada de Gasificación y Ciclo Combinado (IGCC) que integra dos mecanismos o tecnologías diferentes:
- La gasificación de carbón o residuos de refinería
- La producción de energía eléctrica en ciclo combinado
El ciclo combinado es un proceso de muy alto rendimiento que permite aprovechar la energía contenida en este gas, transformándola en energía eléctrica mediante un sistema de turbina de gas, caldera y turbina de vapor.
El objetivo primario de un IGCC es el de valorizar energética y ambientalmente un combustible residual. Una planta IGCC reduce las emisiones de SOx y NOx y elimina casi por completo las emisiones de partículas. Sin embargo, una planta de IGCC es una opción más costosa en comparación con las plantas de carbón estándar para la generación de energía.
- Tecnología de captura y almacenamiento de carbono: La captura y almacenamiento de carbono (CAC)5 consiste en separar el CO2 emitido por la industria y la generación de energía en los procesos de combustión, y transportarlo a un lugar de almacenamiento geológico para aislarlo de la atmósfera a largo plazo.
Un problema general es que las predicciones a largo plazo acerca del almacenaje seguro submarino o subterráneo son muy difíciles e inseguras, y persiste el riesgo de que el CO2 pudiera fugarse desde el almacenaje a la atmósfera.
Otra alternativa para la captura y almacenamiento del dióxido de carbono consiste en solidificarlo para convertirlo en carbón.
- Conversión de CO2 en carbón sólido:
El nuevo prototipo desarrollado no requiere grandes inversiones para convertir el dióxido de carbono en una forma sólida. Se basa fundamentalmente en las nanopartículas de cerio metálico, que generan una reacción electroquímica que arranca el oxígeno del dióxido de carbono a un voltaje pequeño. La suspensión de las nanopartículas en forma de aleación de metal líquido evita la acumulación del carbono solidificado sobre el cerio.
Por otro lado, además de obtener carbón sólido, el proceso emite oxígeno, de manera que las emisiones a la atmósfera son negativas.
La otra ventaja que tiene el proceso es que el carbono puede retener la carga eléctrica, convirtiéndose en un supercondensador, por lo que podría ser utilizado como componente en futuros vehículos eléctricos.
