Energía Undimotriz: Aprovechando la Fuerza de las Olas

La energía undimotriz aprovecha la fuerza de las olas para generar energía eléctrica, mediante unos sistemas de boyas y turbinas. Se genera a través de una planta que contiene una serie de elementos que transforman la energía de las olas del mar en energía eléctrica, de la siguiente manera:

¿Cómo se Genera la Energía Undimotriz?

1. Se sitúan unas boyas en el mar, que se encargan de transmitir la fuerza de las olas a unas turbinas.
2. Mediante unas cámaras de aire en las que entran las olas, se eleva el nivel del agua, lo que genera un efecto de compresión del aire que hay dentro.
3. El aire se expulsa hacia arriba, golpeando la turbina.
4. Con la fuerza creada por las turbinas, se genera electricidad.

Sistemas y Proyectos Destacados

También existen otros sistemas, como los proyectos mWave, Anaconda, la balsa de Cockerell y el pato de Salter o Pelamis, mediante los cuales se instalan partes móviles en el mar que, al ser golpeadas, acaban también por generar energía.

Tipos de Equipos Undimotrices

Hay varios tipos de energía undimotriz en función de los equipos, concretamente tres:

• Equipos cercanos a la costa: La energía se produce cerca del interruptor. Se encuentran en el fondo o en la superficie, flotando.
• Equipos incrustados en la costa: Pueden situarse en el agua o fuera de ella.
• Equipos fuera de costa: Usan los perfiles de onda altamente potentes, así como las altas densidades de energía.

Ventajas y Desventajas de la Energía Undimotriz

Ventajas

• Se trata de una energía limpia y segura.
• Se aplica en gran porcentaje del territorio mundial y es altamente eficiente.

Desventajas

• Fuerte impacto medioambiental.
• Extremadamente cara.
• Sufre desgaste debido al agua.

Productores Clave de Energía Undimotriz

Productores: Canadá y Reino Unido, pero Noruega y Escocia son pioneras y líderes en esta energía. En 2018 se anunció la planta experimental de Orkney.

Energía Maremotriz: El Poder de las Mareas

Definición y Mecanismo

La energía maremotriz, como hemos dicho, viene de las mareas, un movimiento que consiste en una elevación del nivel del mar y producido hasta dos veces al día por la atracción de la Luna.

Proceso de Generación de Energía Maremotriz

1. El empleo de este tipo de energía es muy similar al de la energía hidroeléctrica.
2. Se sitúa una presa en un estuario (la desembocadura del estuario está formada por un solo brazo ancho en forma de embudo ensanchado) con compuertas y turbinas hidráulicas instaladas.
3. Se da importancia a la altura que pueden alcanzar las mareas.
4. Cuando se va a alcanzar la pleamar (sube la marea), las compuertas se abren haciendo girar las turbinas con el agua que accede al estuario.
5. Se acumula una carga de agua suficiente para poder cerrar las compuertas, evitando que el agua vuelva al mar.
6. Una vez que llega la bajamar (baja la marea), se deja salir el agua a través de las turbinas.
7. Estos movimientos de agua hacen girar las turbinas tanto en el proceso de entrada como de salida de agua, generando así la producción de energía eléctrica.

Ventajas y Desventajas de la Energía Maremotriz

Ventajas

• Es una energía renovable.
• Es una energía muy regular, ya que siempre existe ese movimiento de la marea independientemente del año.

Desventajas

• Tiene una producción de energía intermitente (se tiene que esperar a tempranas y tardías horas del día para producirla).
• El tamaño y coste de sus instalaciones.

Biocombustibles: Energía de Origen Biológico

Definición y Origen de la Biomasa

Los biocombustibles son combustibles que se producen, directa o indirectamente, a partir de recursos naturales y la biomasa. La biomasa, por su parte, es la fuente de energía que proviene de materiales no fósiles y de origen biológico, como pueden ser los cultivos energéticos, los desechos agrícolas y forestales y sus subproductos (el estiércol o la biomasa microbiana). Son comunes los biocombustibles que proceden del azúcar, del maíz, del trigo o de las semillas oleaginosas, entre otros.

Procesos de Transformación

Esta materia se transforma en energía mediante procesos termoquímicos (combustión, pirólisis y gasificación) o bioquímicos (digestión anaerobia y fermentación). Los biocombustibles son una fuente de energía renovable (se genera a partir de residuos). Se constituyen, además, como una alternativa energética sostenible, dado que, al proceder de materia orgánica, son capaces de neutralizar el dióxido de carbono que generan durante su combustión.

Tipos de Biocombustibles

Los biocombustibles pueden ser sólidos (biomasa sólida), líquidos o gaseosos (biogás). A continuación, citaremos los biocombustibles más destacados:

• Biodiésel: Se trata de un biocombustible líquido que se obtiene a partir de grasas animales, aceites vegetales y plantas oleaginosas. Su rendimiento es comparable al del gasóleo.
• Bioalcoholes: Son aquellos biocombustibles líquidos que se obtienen mediante la fermentación de almidón o azúcar. Los bioalcoholes más destacados son el bioetanol y el biometanol.
• Biogás: Se trata de un biocombustible gaseoso que se obtiene a partir de residuos biodegradables y que puede ser purificado hasta alcanzar una calidad similar a la del gas natural, para su uso como biocarburante o gas de madera.
  • Dentro de los biogases, el biopropano es otro biocombustible gaseoso producido, en este caso, a partir de desechos orgánicos y aceites vegetales de origen sostenible. Se trata de un subproducto de la fabricación del biodiésel. El biopropano presenta las mismas características que el gas propano, pero su producción y su rendimiento resultan hasta un 80% más sostenibles. Primagas es el primer distribuidor de biopropano en España.
• Biohidrógeno: Es uno de los llamados nuevos biocarburantes. Es un biocombustible gaseoso que se obtiene a partir de algas y bacterias.

Generaciones de Biocombustibles

Biocombustibles de Primera Generación (1G)

Cuando la producción de los biocombustibles se basa en el uso de cultivos agrícolas comestibles, se denominan de primera generación (1G). Estos biocombustibles están siendo los principales sustitutos de la gasolina y el diésel. Un ejemplo son los bioalcoholes como el etanol y el metanol. También el biodiésel es un biocombustible de primera generación muy utilizado y que puede obtenerse a partir de aceites vegetales.

Sin embargo, la producción de biodiésel y bioalcoholes 1G ha generado debate acerca de su sostenibilidad. Su uso ha causado problemas socioeconómicos debido, sobre todo, al encarecimiento de los productos agrarios por el aumento de la demanda de estos cultivos para producirlos. Los biocombustibles 1G también han originado serios problemas medioambientales como la deforestación.

Biocombustibles de Segunda Generación (2G)

El Biodiésel de Segunda Generación, también llamado biocombustibles celulósicos, es producido a partir de materias primas como residuos agroindustriales y gramíneas forrajeras (plantas herbáceas) de alta producción de biomasa. Su producción es significativamente más compleja en comparación con los de 1ª generación.

Situación Actual de los Biocombustibles en España

Según la información disponible en la web de GASNAM, antes de que acabe 2022, habrá 12 plantas de biometano en explotación en España y estarán en proyecto otras 30. Y las previsiones para 2024 arrojan la cifra de 64 plantas, aunque sería solo la mitad de Francia. La primera planta de biocombustibles avanzados de España está siendo construida en Cartagena.

Energía Maremotérmica: Aprovechando los Gradientes de Temperatura Oceánicos

Concepto y Principio Básico

Se trata de un tipo de energía renovable que se basa en la diferencia de temperaturas que existen entre las aguas profundas y las aguas más cercanas a la superficie (conocido como OTEC por Ocean Thermal Energy Conversion, o CETO en algunos sistemas).

Zonas Térmicas del Océano

Para hacer eficiente económicamente este proceso, se necesitará una diferencia de temperatura del orden de 20 grados. Con esta diferencia de temperaturas se puede aprovechar la energía para accionar una máquina térmica. Las zonas térmicas son:

• Superficial: hasta 200m de espesor, con temperaturas de 25-30ºC.
• Intermedia: 200-400m, con una variación rápida de temperatura, sirviendo como barrera térmica.
• Profunda: 4ºC a 1000m.

Ciclos de Conversión de Energía Maremotérmica

Este sistema CETO es un ciclo de potencia de vapor (Rankine). La transformación de la energía térmica en energía eléctrica se suele llevar a cabo por medio del llamado ciclo de Rankine, que es el ciclo termodinámico en el que se relacionan el consumo de calor con la producción de trabajo, en el que un líquido se evapora para pasar después a una turbina. El ciclo puede ser abierto o cerrado.

Ciclo Abierto

Es donde se utiliza de forma directa el agua del mar. El agua de la energía maremotérmica superficial se evapora a una baja presión y es la que acciona las turbinas. Luego se devuelve al mar, donde se licúa nuevamente.

Ciclo Cerrado

En este ciclo se utilizan fluidos de bajo punto de ebullición, tales como el amoniaco, freón o propano. El calor de las aguas de la superficie es suficiente para evaporarlos. El vapor generado se utiliza para mover las turbinas, y posteriormente es enfriado usando el agua de las capas profundas, con lo que el ciclo se vuelve a iniciar.

Componentes Principales de una Planta Maremotérmica

Los componentes principales de una planta productora de energía maremotérmica son los siguientes:

• Evaporador
• Turbina
• Condensador de energía maremotérmica
• Tuberías y bombas
• Estructuras
• Sistema de anclaje
• Cable submarino para la central flotante

Ventajas y Desventajas de la Energía Maremotérmica

Ventajas

• Utiliza fuentes de energía limpias y renovables.
• La producción de dióxido de carbono y otras sustancias químicas es nula.
• Los sistemas y las centrales maremotérmicas producen agua potable y electricidad.
• La cantidad de energía solar acumulada sobre las capas superficiales en el océano podría llegar a cubrir gran parte de las necesidades energéticas de toda la humanidad.
• Ayuda a reducir la utilización y dependencia de los combustibles fósiles importados.
• El agua fría encontrada en el fondo oceánico, utilizada en la producción de energía maremotérmica, puede ser empleada para la producción de aire acondicionado en edificios, en la alimentación de peces y crustáceos, en algas y también de plantas marinas.

Desventajas

• Los costos de las plantas maremotérmicas tienden a superar los costos requeridos al emplear combustibles fósiles para la producción de energía.
• Las plantas maremotérmicas deben ser ubicadas en áreas cuya variación de la temperatura a lo largo del año sea de unos 20ºC.
• La construcción de las centrales y las tuberías requeridas para el buen funcionamiento del sistema puede llegar a afectar a los arrecifes coralinos y a todos los ecosistemas costeros que se encuentren en sus alrededores.

Proyectos y Centrales Destacadas

Proyectos de centrales: Arsonval, Claude, Nizery, y proyectos en Japón, India y EE. UU.

Hidrógeno: El Vector Energético del Futuro

Definición y Características

El hidrógeno es el elemento más abundante, pero está combinado con otros elementos como el oxígeno (O₂) formando moléculas como el agua y otros compuestos orgánicos. Por tanto, no es un combustible que pueda cogerse directamente de la naturaleza, sino que es un vector energético (como la electricidad) y por ello se tiene que “fabricar”. En condiciones normales se encuentra en estado gaseoso, y es inocuo, incoloro e inodoro. No produce lluvia ácida, ni reduce el ozono ni produce emisiones nocivas.

Tipos de Hidrógeno por Color

• Verde: Es el que se genera a partir del agua, haciendo uso de electricidad procedente de energías renovables. En su proceso de obtención no se emite CO₂ y por ello se posiciona como una solución eficaz para favorecer la descarbonización de todos los sectores.
• Azul: Hablamos de hidrógeno azul para referirnos a aquel hidrógeno que genera emisiones de CO₂ que se capturan para ser posteriormente almacenadas o reutilizadas (por ejemplo, para fabricar ecocombustibles). Se trata de un hidrógeno de bajas emisiones.
• Turquesa: El hidrógeno turquesa se genera mediante la pirólisis del metal fundido, alimentada por gas natural. En el proceso, el gas natural pasa a través de un metal fundido, y libera hidrógeno y carbono sólido, con lo que se evitan emisiones contaminantes de CO₂.
• Amarillo: Es aquel en el que la electricidad utilizada para la electrólisis procede de fuentes mixtas, desde energías renovables hasta combustibles fósiles. El hidrógeno verde que se obtiene de la energía solar también se considera hidrógeno amarillo.
• Blanco: Es un tipo de hidrógeno que encontramos en la naturaleza, normalmente en forma gaseosa (H₂). En ocasiones se puede encontrar en depósitos subterráneos.
• Rosa: Es aquel hidrógeno que se obtiene mediante electrólisis del agua alimentada por energía nuclear. Es un tipo de hidrógeno bastante sostenible.
• Gris: Son hidrógenos producidos a partir de materias primas ricas en hidrocarburos, como gas metano, carbón u otros combustibles fósiles. En concreto, el hidrógeno gris es el producido a partir de gas natural mediante la técnica del reformado por vapor. Hoy en día se tiende a utilizarlos cada vez menos, entre otras razones, porque en su proceso de obtención no se realiza captura de emisiones ni se utilizan energías renovables.
• Hidrógeno del Sol: Se desarrolló una aleación que, al sumergirse en el agua y aplicándole luz solar, este material rompe el enlace químico entre el oxígeno y el hidrógeno que componen el líquido elemento. De esta forma es posible la obtención de hidrógeno económica y ecológica para su uso posterior como combustible.

Métodos de Producción de Hidrógeno

• Reformado con vapor de agua del gas natural: Supone un 95% de la producción actual a nivel mundial. Consiste en combinar metano (principal componente del gas natural) con vapor de agua para producir dióxido de carbono (CO₂) e hidrógeno. Un gran inconveniente de este proceso es que, intrínsecamente, produce emisiones contaminantes (CO₂) y emplea como materia prima un combustible fósil (gas natural).
• Electrólisis del agua: Actualmente se limita a un 5% de la producción de hidrógeno. Se logra mediante la disociación de la molécula de agua en sus componentes (hidrógeno y oxígeno) empleando electricidad. El objetivo es generar electricidad renovable para abaratar costes y obtener un hidrógeno libre de emisiones asociadas a su producción, algo que ya ocurre en Asia y MENA (Medio Oriente y Norte de África).

Almacenamiento de Hidrógeno: Retos y Soluciones

El almacenamiento de hidrógeno se ha convertido en uno de los retos del avance de este importante sector energético. Su baja densidad es un inconveniente y el reto de los ingenieros de energía. Los métodos más utilizados para el almacenamiento del hidrógeno son:

• Hidrógeno líquido en tanques a baja temperatura: En estado líquido el hidrógeno ocupa 700 veces menos volumen que a temperatura ambiente y a presión atmosférica, pero se necesita extraer calor para alcanzar los 20,15 K. Para lograr esta disminución de temperatura se necesita utilizar alrededor de un 40% de la capacidad energética del hidrógeno almacenado. Es la opción preferida para almacenar el hidrógeno, el motivo es su rápida capacidad de reabastecer un vehículo en una estación de servicio.
• Compresión: La compresión se puede efectuar mediante dos técnicas: compresión adiabática y la isotérmica.
• Mecanismo de adsorción física: El hidrógeno se almacena solo en la superficie del material sólido. Es un proceso completamente reversible. En otras palabras, el hidrógeno puede ser adsorbido o liberado desde la superficie sin ninguna pérdida en varias oportunidades. Los nanotubos de carbono almacenan el hidrógeno por medio de este proceso y puede operar a temperatura ambiente. Sin embargo, aún es necesario un mayor desarrollo de la tecnología.
• Almacenamiento en infraestructuras de gas: Existen abundantes infraestructuras para el almacenamiento de combustibles en estado gaseoso. La ingeniería ha evolucionado con nuevos materiales y sistemas de control. Estos han logrado unos niveles de seguridad y eficiencia muy altos. En España hay numerosas instalaciones de este tipo. El hidrógeno tiene sus singularidades, por ese motivo, es preciso adaptar este tipo de instalaciones a las propiedades físicas y químicas de este vector energético.
• Almacenamiento de hidrógeno mediante hidruros metálicos.
• Depósito en yacimientos y cavernas salinas.

Ventajas y Desventajas del Hidrógeno

Ventajas

• Es un combustible renovable y abundante.
• Es una energía de carga rápida, muy aprovechable.
• Su funcionamiento es silencioso.
• Tiene una buena autonomía en la carretera.

Desventajas

• Es difícil de encontrar y de aprovechar.
• No es un combustible barato.
• Es difícil de transportar.
• Aún no existe una infraestructura de servicio adecuada.
• Es de almacenamiento complicado.
• Preocupaciones de seguridad.
• No es completamente limpia (dependiendo del tipo de producción).
• Poco conocimiento de su potencial.