TEMA

RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINERALES

La Energía es la capacidad para producir trabajo

. Su calidad depende del trabajo útil por unidad de masa o volumen, la Energía de mayor calidad es la más concentrada (sería el caso del Carbón , petróleo, uranio..).

La Energía puede aparecer de muchas formas

: Calorífica, electromagnética, mecánica, cinética, potencial, Nuclear…

Las energías Convencionales Más utilizadas son las derivadas del uso de combustibles fósiles, La nuclear de fisión y la hidroeléctrica. Las energías Renovables Tienen un tiempo de renovación que está dentro de los límites del Tiempo de la vida humana . Las alternativas incluyen las que causan Menor impacto ambiental ( algunas no son tan nuevas) hidroeléctricas, Geotérmica….

Unidades Básicas:

TEC

.- Energía suministrada por una tonelada de carbón (7 millones de Kilocalorías)

TEP

.- “ “ “ “ “ “ petróleo (10 millones de kilo calorías)

La Rentabilidad económica depende De la accesibilidad, facilidad de explotación y transporte de una Fuente energética.

Se Denomina sistema Energético al Conjunto de procesos realizados sobre la energía desde sus fuentes Originarias hasta sus fases finales, en general son : Extracción, Transformación (ej. Refinería de petróleo), transporte y consumo.

Un convertidor permite La transformación de una fuente de energía en otra que permita su Transporte o su uso (ej. Motor).

Se Denomina rendimiento a La relación entre la energía suministrada y la que sale de el (salidas/entradas) expresada en %.

El coste Energético es El que pagamos por utilizar la energía (ej. Recibo de la luz, Gasolina en la gasolinera..), los costes Ocultos Implican los gastos de construcción, desmantel

Llamamos recurso a La estimación teórica de la cantidad total que hay en la corteza Terrestre de un determinado combustible fósil o de un mineral. Se Denomina reserva A la cantidad descubierta de un combustible fósil cuya explotación Es económicamente rentable.

En La actualidad el 79,6% de la energía comercial usada en el mundo Procede de los combustibles fósiles, a pesar de los problemas de Contaminación que generan no se pueden prescindir de ellos hasta que No tengamos los sustitutos adecuados. La solución es ir utilizando Energías alternativas (renovables) de menor impacto sobre el Entorno.

El Carbón

El Carbón se formó por acumulación de restos vegetales en el fondo de Pantanos, lagunas o deltas, que en ausencia de oxígeno sufrieron un Proceso de fermentación debido a la actuación de bacterias Anaerobias. El resultado fue el enriquecimiento en C que da lugar al Carbón, metano y dióxido de carbono. Dependiendo del tiempo de Actuación del proceso se forman los carbones: Turba (45-60% de C), Lignito (60-70% de C), hulla (70-90% de C) y antracita (90-95% de C).

Para Que se de el proceso se debe dar un enterramiento rápido, Normalmente los restos vegetales quedan cubiertos por arcilla que se Transformará en pizarra.

El Carbón es el combustible fósil más abundante, pero también el que Más contamina debido al contenido en azufre.

Las Explotaciones pueden ser a cielo abierto o en minas, las primeras son Más económicas pero el impacto paisajístico es alto, las segundas Tienen mayores riesgos por la probabilidad de hundimiento de Galerías.

El Principal uso del carbón es su utilización para obtener energía Eléctrica en las centrales térmicas (30% de la energía eléctrica Mundial). Para contaminar menos en estas centrales se podría hacer Un preprocesado del combustible, machacándolo y lavándolo para Eliminar la mayor cantidad de azufre posible, o diseñar centrales Más eficientes que eliminen los compuestos sulfurados de los gases Que se emiten.

El Petróleo

Se Origina por la muerte masiva de plancton marino , debido a cambios Bruscos de temperatura o salinidad del agua, al sedimentar sobre Cienos y arenas forman los barros Sapropélicos.
En condiciones anaerobias , la materia orgánica sufre un proceso de Fermentación bacteriana que la transforma en hidrocarburos, los Cienos y arenas se transforman en margas y areniscas que constituyen La roca Almacén.

Debido A la baja densidad , el petróleo tiende a ascender, si encuentra una Roca impermeable(roca Almacén
) Se acumula y se forma una trampa Petrolífera (quedando Una capa gaseosa por encima y agua salada por debajo de él), si por El contrario llega a la superficie forma un residuo bituminoso.

Su Transporte puede ser por oleoductos o mediante petroleros (riesgo Elevado, recordar “Prestige”). En caso de accidente, al ser mas Ligero que el agua aflora a superficie y ocupa grandes superficies Impidiendo la entrada de oxígeno).

Se Extrae en forma de crudo(mezcla de hidrocarburos gaseosos, líquidos Y sólidos), sufre una destilación fraccionada para ir separando sus Componentes en función del punto de ebullición (refinerías de Petróleo), primero se separan gases (metano ,butano..), después Líquidos (gasolina, queroseno..), y al final quedan alquitranes y Betunes. Para poder ser utilizados deben sufrir otros tratamientos.

El Petróleo se usa como combustible, en la industria química, para Fertilizantes, pesticidas, plásticos, pinturas, fibras sintéticas, Medicinas…etc.

Gas Natural

Procede De la fermentación de la materia orgánica acumulada entre los Sedimentos. Está compuesto por una mezcla de hidrógeno, metano, Butano, propano y otros gases .Su extracción es sencilla debido a la Presión a la que se encuentra, su transporte es por gaseoductos o Licuado a bajas temperaturas y después transportado en barcos.

Produce Un 65% menos de dióxido de carbono que los, otros combustibles Fósiles , no emite óxidos de nitrógeno ni de azufre y en lasa Centrales térmicas es más eficiente que el carbón y el petróleo. (para algunos es el combustible ideal en la transición a otras Fuentes de energía renovables.

Energía Nuclear : fisión

Al Dividirse un núcleo de uranio-235, por el impacto de un neutrón, en Dos núcleos ,más ligeros se libera energía y neutrones, estos últimos chocan con otros núcleos de uranio provocando la fisión (ruptura) de estos. Es un bucle de realimentación positiva Denominado reacción en cadena. Para controlar la velocidad de las Reacciones de fisión, en el núcleo del reactor se introduce un Moderador (agua, grafito sólido o agua pesada D₂O), Que absorbe parte de los neutrones. Fig.:13.14

Para Extraer el calor producido en las reacciones nucleares existen varios Diseños, el más común es :

• Circuito Primario .- es agua que está en contacto con el material radiactivo Dentro de la vasija principal del reactor , nunca puede salir de él.

• Circuito Secundario.- enfría al primario originando vapor que moverá unas Turbinas y se generará electricidad.

• Circuito Terciario .- enfría al secundario pasando el agua a estado líquido, El agua entra y sale a un río , mar, embalse..

Fig.: 13.15

Aunque No presente ningún tipo de contaminación radiactiva, una central Nuclear puede provocar un microclima haciéndolo más cálido y Húmedo (debido al vapor de agua liberado por el circuito terciario), Además el agua de refrigeración incrementa la temperatura de los Ríos donde va a parar pudiendo modificar los ecosistemas.

El Combustible nuclear se extrae a partir de minerales de uranio que se Procesa para separar el uranio-235 del resto de isótopos después se Enriquece añadiendo plutonio-239 para mejorar la reacción de fisión Y se fabrican las barras de combustible que se utilizarán en las Centrales nucleares.

A Los tres o cuatro años de la utilización de las barras la cantidad De U-235 es demasiado baja entonces se retiran y se acumulan en una Piscina en la misma central. Al cabo de años se transportan a una Central de reprocesado donde se extraen los isótopos de corta vida Media (periodo de semidesintegración .- tiempo en tarda la masa de Un isótopo en reducirse a la mitad)estos residuos se almacenan en Centros especializados, el resto tendrán actividad durante al menos 10.000 años ,su destino será un emplazamiento definitivo (en Formaciones geológicas estables o sometidos a procesos de Reelaboración por vitrificación o introducidos en rocas sintéticas Antes de su emplazamiento definitivo)

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Se Está investigando la fisión del torio-232 como combustible . Indica Las posibles ventajas

Energía Hidroeléctrica

Se Obtiene en los embalses, al abrir las compuertas el agua mueve unas Turbinas conectadas a una dinamo que transforma la energía mecánica En eléctrica.

La Energía hidroeléctrica es de bajo coste, no emite ningún tipo de Contaminante y permite la regulación del caudal de los ríos. Como Aspectos negativos reduce la biodiversidad, dificulta la emigración De los peces , la navegación fluvial y el transporte de elementos Nutritivos aguas abajo. Se pueden colmatar y existe el riesgo de Ruptura de la presa. Se están construyendo minicentrales Hidroeléctricas que causan un menor impacto ambiental y de menor Coste.

ENERGÍAS ALTERNATIVAS

La Mayoría de ellas son renovables y de bajo impacto ambiental.

Energías Procedentes del sol

• Centrales Térmicas solares .-

  
  Utilizan el calor del sol para producir electricidad. Son Dispositivos que capturan y concentran la luz solar, pueden ser en Forma de disco, conducto parabólico que refleje la luz en una Línea, o bien espejos planos que desvían la luz a un punto de una Torre central. Una vez concentrado el calor se utiliza un fluido Para almacenarlo (aceite) y posteriormente se convertirá en Electricidad.

• Centrales Solares fotovoltaicas

  
  – Convierten directamente la luz solar en electricidad. Se utilizan Células fotovoltaicas de silicio monocristalino (bastante caro). Generan electricidad sin contaminación, el mantenimiento es mínimo. El principal inconveniente es el espacio que ocupan. España es el Principal productor de células solares y paneles fotovoltaicos Destinados para la exportación ,pero genera poca electricidad.

• Colectores Solares

  
  – Se utilizan para calentar agua.

• Energía De la biomasa

  
  – Se puede utilizar, madera, desechos agrícolas, desechos animales y Basura su transformación se debe de dar en el mismo sitio en el que Se obtiene la biomasa (granjas, plantas de tratamiento de residuos Sólidos urbanos…). Es una energía renovable si plantamos tantos árboles y plantas como se utilicen. Los residuos orgánicos también Se pueden transformar en biocombustibles Por la acción de ciertas bacterias. Son los siguientes:

• Basuras Urbanas

  
  – Se basa en la utilización del calor utilizado en su Incineración, de esta forma se obtiene vapor de agua que se utiliza Como calefacción o para generar electricidad.

• Transformación De biocombustibles

  
  – Resultan de la transformación de residuos orgánicos por acción de Las bacterias en :
  Biogás (60% metano 40% dióxido de carbono). Se da en ambientes anaerobios Y mediante un sistema de tuberías se extrae el biogás .El etanol, Obtenido por fermentación de cereales, maíz, caña de azúcar, y Remolacha, en Brasil se mezcla con gasolina y se utiliza como Combustible en coches. Otros pueden ser el metanol (impartir De madera , restos agrarios..) y los bioaceites (de semillas oleaginosas, girasol, colza…) pueden utilzarse en Ocasiones sin refinado en motores diésel y otras refinado mezclado Con combustibles fósiles. Los problemas de los biofueles son los Cambios que se deben realizar en los motores, lo corrosivo de los Alcoholes y las emisiones de óxidos de nitrógeno y formaldehído (cáncerígenos)

• Energía Eólica .-

  
  Se utilizan aerogeneradores que convierten la energía cinética en Eléctrica. No contamina, pero presenta algunos problemas como: el Impacto visual, muerte de aves, seca la superficie del suelo, Producen ruidos e interferencias electromagnéticas. Normalmente se Complementa con otro tipo de energía.

Energías Independientes de la energía solar

• Energía Maremotriz .-

  
  Utilizan El movimiento del agua generado por las mareas, solo se puede Obtener en sitios donde las mareas sean muy acusadas. Se construye Una especie de presa en una bahía, se aprovecha el movimiento del Agua cuando entra en la marea alta y cuando sale en la marea baja Para mover unas turbinas. Mirar página 339, fig.: 13.33

• Energía Geotérmica

  
  
  
  Utilizan el calor interno de la Tierra, se inyecta agua fría en Profundidad en zonas que tengan actividad volcánica o quede Actividad residual, el agua se calienta y mediante tuberías Asciende el vapor de agua que se puede utilizar como calefacción o Para generar electricidad. Cuánto más se perfore más energía Geotérmica se obtendrá. Se considera que no es un energía Renovable.

• El Hidrógeno .-

  
  En la Tierra se encuentra combinado formando agua, hidrocarburos.., En el Universo es el gas más abundante. Se utiliza como combustible (autobuses) . No emite CO2 a la atmósfera cuando se consume pero se Obtiene del gas natural (la mitad del obtenido), del carbón ,petróleo y biomasa, en un proceso que emite CO2 a la atmósfera. El Mecanismo ideal para su obtención sería la electrolisis del agua (en fases de investigación, resulta demasiado caro) o también la Fotólisis. Otra forma de utilizarlo es en las pilas de Combustible (utilizadas en algunos satélites), el hidrógeno se Descompone en H+, y electrones (estos son conducidos por un Circuito creando una corriente eléctrica).

• Energía Nuclear de fusión

  
  – Se denomina fusión a la uníón de núcleos ligeros para dar lugar a Otro más pesado líberándose en el proceso una gran cantidad de Energía. Para producirse los átomos se deben acercar mucho a altas Temperaturas (a es tas temperaturas 100ºC la materia se encuentra En estado de plasma, sin los electrones). Para almacenar el plasma Se utilizan botellas magnéticas con altos campos magnéticos (no Existen materiales que puedan soportar el plasma). La reacción que Se da en este proceso es:

Deuterio + tritio = He + neutrones + energía