FUENTES DE ENERGÍA Y

SOSTENIBILIDADFISICA Y QUÍMICA. TEMA 5

Pablo Brizuela Simón Nº4 4ºA E.S.O

ÍNDICE 1- LA ENERGÍA Y LOS CAMBIOS 2- CONSEVACIÓN Y DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA 3- FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES - EL CARBÓN - EL PETRÓLEO - EL GAS NATURAL - LA ENERGÍA NUCLEAR 4-FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES - LA BIOMASA - LA ENERGÍA EÓLICA - LA ENERGÍA SOLAR - LA ENERGÍA GEOTÉRMICA Y LA ENERGÍA DEL MAR 5- LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA 6-ENERGÍA Y DESARROLLO SOSTENIBLE

1- LA ENERGÍA Y LOS CAMBIOS

• La energía es una propiedad de los sistemas materiales que les permite experimentar y producir cambios.

Existen distintos tipos de energías: energía química (energía de los alimentos y de los combustibles), energía eléctrica (energía suministrada por una pila o un generador), energía nuclear( energía liberada por los núcleos de los átomos) y energía térmica ( la energía que se relaciona con las temperaturas de los cuerpos). Otras veces, los nombres empleados hacen referencia a las fuentes de energía como la solar o la eólica, cualquier forma que presente la energía pueden incluirse en una o en las dos clases:

• Energía cinética o asociada al movimiento, como la energía de un coche que se encuentra en movimiento• Energía potencial o asociada a la posición, como la energía del agua embalsada en una presa.

Toda energía adopta diversas formas y puede transformarse de unas en otras.

2-CONSERVACIÓN Y DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA

PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Por tanto, la energía total del universo se mantiene constante.

LA DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA: Es la perdida de energía útil, la energía se conserva en los cambios, pero tiende a transformarse en energía térmica, que es una forma de energía menos aprovechable.

En una transformación energética, la energía suministrada es igual a la suma de la energía útil, o aprovechable, más la energía disipada caloríficamente.

Energía útil

Energía suministrada* 100r=

FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES

Las fuentes de energía no renovables son aquellas cuyas reservas se consumen a un ritmo mayor del que son repuestas por la naturaleza.

VENTAJAS INCONVENIENTES• La energía procedente de fuentes no renovables es relativamente barata y fácil de obtener.• La tecnología requerida para el aprovechamiento de la energía está muy desarrollada.

•Las reservas de combustibles fósiles son limitadas.•La combustión de carbón y petróleo libera a la atmósfera gases que contribuyen a la lluvia ácida.•Las emisiones de CO2 contribuyen al aumento del efecto invernadero.•Los reactores nucleares de fisión producen residuos radiactivos de larga duración que son difíciles de almacenar.

EL CARBÓNEl carbón es una roca sedimentaria, formada durante millones de años a partir de residuos vegetales.El carbón es el combustible fósil más abundante en nuestro planeta. Se estima que existen reservas para cerca de 200 años más de consumo humano.

TIPOS DE CARBÓNExisten distintos tipos de carbón:-Antracita: posee en torno al 90% de carbono, es el más antiguo y el que más poder calorífico tiene.-Hulla: posee entre un 75% y un 90% y posee un alto poder calorífico, se utiliza en las centrales térmicas.-Lignito: Tiene entre un 50% y un 70% de carbono, es el más joven de los carbones.-Turba: Su contenido en carbono es inferior al 50%, se emplea como abono de la agricultura.

EXTRACCIÓN Y USOS DEL CARBON

El carbón se puede extraer en minas subterráneas o a cielo descubierto, en la actualidad existen pocos yacimientos al aire libre porque se han ido agotando. El carbón, tal y como sale de las minas, se debe lavar para limpiar las impurezas del azufre. Después se muele y se tritura hasta pulverizarlo. Por último se procede a cribarlo y a clasificarlo, separando los distintos tipos de carbón.Se empezó a actualizar en la Edad Media para producir calor, pero su verdadera importancia llegó a partir de la Revolución industrial, sustituyendo a la madera como combustible. En la actualidad, aunque se sigue utilizando el carbón, ha sido desplazado por el petróleo.

EL PETRÓLEOEl petróleo es un combustible fósil. Se presenta en forma de líquido viscoso cuyo calor varía desde el amarillo y pardo hasta el negro. Tiene un fuerte olor característico y es menos denso que el agua, de modo que flota sobre ella. Puede tener diferentes composiciones dependiendo del yacimiento de donde provenga.

ORIGEN Y FORMACIÓN DEL PETRÓLEO

El petróleo se originó a partir de la descomposición de restos de animales y algas microscópicas acumuladas en terrenos sedimentarios, generalmente en los mares, ríos y lagos. Esta materia orgánica se fue cubriendo, con el paso de mucho tiempo, con capas cada vez mayores de sedimentos, que la sepultaron. En estas especiales condiciones de presión, temperatura y falta de oxígeno, los restos orgánicos se fueron transformando en hidrocarburos, es decir, compuestos de carbono e hidrógeno. Cuanto más antiguo es un yacimiento, mayor es su contenido en carbono.

EXTRACCIÓN DEL PETRÓLEO

1. Para abrir un pozo petrolífero se perfora el subsuelo, con una máquina que porta una gran barra de diamante, el material mas duro que se conoce, es capaz de perforar estratos muy compactos.

2. Al tiempo que la barra profundiza en el terreno se lubrica el espacio perforado para evitar que se pueda romper.

3. Finalmente se instala una tubería con una bomba, el petróleo irá subiendo hasta la superficie.

EL GAS NATURAL

El gas natural es una mezcla de distintos hidrocarburos, generalmente gaseosos, que se produce en el subsuelo de manera natural. Suele aparecer junto al petróleo, en la parte superior de los mismos yacimientos, y su composición, como la del crudo, varía dependiendo del lugar de donde provenga.

ORIGEN Y COMPOSICIÓN DEL GAS NATURAL

El gas natural se formó a partir de la descomposición de restos orgánicos que quedaron sepultados bajo montañas de capas de sedimentos durante millones de años.El componente principal del gas natural es el metano (70%-90%), y otros hidrocarburos más ligeros, como el etano, el propano y el butano. Otros de sus componentes son el sulfuro de hidrógeno dióxido de carbono y nitrógeno aunque se eliminan en su extracción ya que no sirven. El principal componente del gas natural, el metano, tiene un gran poder energético, no es un gas tóxico pero mezclado con el oxígeno es muy inflamable.

USOS DEL GAS NATURAL

El uso del gas natural como combustible se ha extendido mucho en los últimos años debido a que su combustión es poco contaminante en comparación con el carbón y el petróleo. Hoy en día el gas natural supone un 20% del consumo energético mundial.

LA ENERGÍA NUCLEAR

La energía nuclear es la que está contenida en el núcleo de los átomos. Se manifiesta en las reacciones nucleares, en las que se libera una gran cantidad de energía. En las reacciones nucleares, parte de la masa inicial de las sustancias se transforma en energía, por lo que, al final, hay menos masa que al principio. Las reacciones nucleares pueden ser de fisión o de fusión:•FISIÓN NUCLEAR: Es una reacción química en la que un núcleo pesado se divide en dos mas ligeros, al ser bombardeados por neutrones. La masa de los fragmentos finales es menor que la inicial, porque parte de ella se ha transformado en energía.• FUSIÓN NUCLEAR: Es una reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para formar otro mas pesado y estable, emitiendo una gran cantidad de energía. El problema de esta reacción es que para que se produzca se necesita una gran cantidad de energía.

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

Las fuentes de energía renovables son aquellas cuyas reservas se consumen a un ritmo menor del que son repuestas por la naturaleza.

VENTAJAS INCONVENIENTES• Sus reservas son prácticamente inagotables.•Su impacto sobre el ambiente es, en general, más reducido que el de las fuentes no renovables.•Tienen carácter autóctono: la energía se produce cerca de donde se consume, por lo que disminuye la dependencia energética.•Su uso favorece el desarrollo de la tecnología necesaria para su aprovechamiento, lo que a su vez fomenta el desarrollo tecnológico en otras áreas.

• Los conocimientos y la tecnología necesaria para su uso están en algunos casos poco desarrollados, por lo que su contribución al consumo total de energía es aún reducida (aunque la energía solar y eólica han avanzado mucho)• Una unidad de energía es, en muchos casos, más cara obtenida a partir de fuentes renovables que obtenida de fuentes no renovables.• La producción de lagunas, como la eólica o la hidráulica, depende de condiciones meteorológicas.

LA BIOMASALa biomasa es materia orgánica de origen vegetal o animal. La energía que contiene fue la primera que utilizó el hombre.Hay diversos modos de aprovechar la biomasa:-De forma directa, como combustible de los residuos agrícolas.- Transformación de residuos animales en biogás a través de fermentaciones.- Obtención de biocarburantes mediante cultivos vegetales. Por ejemplo, el bioetanol y el biodiesel puede sustituir a la gasolina en los motores.- Mediante la quema de residuos urbanos en incineradoras, pudiendo calentar aguo o produciendo energía.

VEGETAL ANIMAL

MADERA ESTIÉRCOL

PAJA RESIDUOS ANIMALES

PODAS RESIDUSO URBANOS

RESIDUOS URBANOS

ORIGEN DE LA BIOMASA

ENERGÍA EÓLICALa energía eólica es la energía cinética del viento. Históricamente esta energía se ha utilizado para mover barcos o para moler granos, en la actualidad se utiliza para generar energía eléctrica. La energía eólica es un recurso limpio, renovable y abundante y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles lo que le convierte en un tipo de energía verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento.Hoy en día España es el tercer país que mas energía eólica produce por detrás de Estados Unidos y Alemania.

 Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por la acción del viento. Sus precedentes directos son los molinos que se empleaban para moler el grano y la obtención de harina. En este caso, la energía eólica en realidad la energía cinética del aire en movimiento, mueve la hélice y, a través de un sistema mecánico de engranajes, hace girar el rotor de un generador, convirtiendo la energía mecánica en energía eléctrica. Los aerogeneradores pueden estar tanto en tierra como en el mar.

AEROGENERADOR

INSTALACIÓN IMPACTO ATMOSFÉRICO IMPACTO ACÚSTICO IMPACTO TERRESTRE

• Parques eólicos.

•Ruido.• Muerte de aves al impactar con las aspas.

• Limpia • Contaminación visual e impacto paisajístico.

LA ENERGÍA SOLAR

La energía solar es la energía radiante que llega directamente del sol. La energía solar es inagotable gratuita e inagotable pero tiene el inconveniente de que es intermitente. El Sol es como un gran reactor nuclear. En su interior se producen reacciones de fusión nuclear que liberan gran cantidad de energía. La energía solar se puede aprovechar de distintas formas: • Aprovechamiento fotovoltaico: Las células fotovoltaicas convierten directamente la energía solar en energía eléctrica. Se usa, por ejemplo, en las calculadoras, no utilizando así las pilas.• Aprovechamiento térmico de baja temperatura: Se basa en le calentamiento de un fluido en un colector solar. Se aprovecha para tener agua caliente en edificios.• Aprovechamiento térmico de alta temperatura: Se basa en la concentración de la radiación solar mediante espejos para calentar un fluido a alta temperatura. La producción de vapor mueve la turbina de un generador eléctrico.

La energía solar se recoge sobre un panel solar. La irradiación hace que se produzca una corriente eléctrica dentro del semiconductor. Esta corriente eléctrica ya puede ser almacenada en una batería como la de los automóviles o transportada, mediante hilos conductores, al lugar en que va a ser utilizado.

INSTALACIÓN IMPACTO ATMOSFÉRICO

IMPACTO ACÚSTICO

IMPACTO TERRESTRE

• Central solar. • Limpia •Limpia • Contaminación visual e impacto paisajístico.• Contaminación mínima por la industria fabricante de paneles y conectores.

ENERGÍA GEOTÉRMICA

La energía geotérmica es la energía térmica acumulada en el subsuelo. Cuando los focos calientes están a poca profundidad, se aprovecha para inyectar agua fría en el subsuelo, que se transforma en agua caliente o en vapor. El vapor puede mover una turbina de un alternador.

LA ENERGÍA DEL MAR

El movimiento del agua del mar ofrece otra posibilidad más para obtener energía. Sin embargo, las mareas deben ser bastante pronunciadas para poder aprovechar esta energía. Se puede aprovechar de distintas formas:• La energía mareomotriz es la energía potencial que adquiere el agua marina al subir su nivel por efecto de las mareas.• La energía undimotriz es energía del movimiento de las olas.• La energía de las corrientes es la energía cinética de las corrientes marinas.•La energía maremotérmica se debe a la diferencia de temperatura entre las aguas superficiales y profundas.

5- LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICALa contaminación atmosférica es la presencia en el aire de sustancias gaseosas, liquidas o sólidas, perjudiciales para las personas, el resto de los seres vivos y el entorno.

LAS SUSATANCIAS CONTAMINANTESLas sustancias contaminantes pueden tener un origen natural, como las erupciones volcánicas, o de origen artificial, debido a la actividad humana. También la quema de combustibles fósiles emiten gases contaminantes a la atmosfera. Los efectos que producen estas sustancias son:• Los óxidos de azufre y nitrógeno producen irritación en los ojos, complicaciones del aparato respiratorio, retraso en el crecimiento de las plantas y contribuye a la lluvia ácida.• El monóxido de carbono es muy tóxico y en altas concentraciones puede producir la muerte.• La presencia de ozono produce irritaciones en las mucosas y afecciones en el aparato respiratorio.Los principales efectos de la contaminación atmosférica son la lluvia ácida, el aumento del efecto invernadero y el deterioro de la capa de ozono.

El esmog es una forma de contaminación originada a partir de la combinación del aire con contaminantes durante un largo período de altas presiones (anticiclón), que provoca el estancamiento del aire y, por lo tanto, la permanencia de los helios en las capas más bajas de la atmósfera, debido a su mayor densidad. Produce sequedad en los ojos.

¿QUÉ ES EL SMOG?

EL EFECTO INVERNADERO

Los principales gases de efecto invernadero son el dióxido del carbono generado al quemar combustibles fósiles y en menor medida el metano originado en pantanos, estiércol, escapes de gas natural… La temperatura media de la tierra es de 15 ºc y se ha mantenido así durante dos mil años. Sin embargo, desde hace unos doscientos años, la humanidad ha incrementado la emisión de estos gases a la atmósfera, lo que esta produciendo un aumento de la temperatura media de la Tierra. Este calentamiento global puede causar un aumento de las precipitaciones en las zonas húmedas, un incremento de la aridez en las zonas secas y la fusión de los hielos polares produciendo la inundación de las zonas costeras.

El incremento de las emisiones de gases de efecto invernadero causa un aumento de la temperatura media de la Tierra o calentamiento global, que parece estar produciendo un cambio climático.

EL DETERIORO DE LA CAPA DE OZONO

El ozono de la estratosfera absorbe el 90% de la radiación ultravioleta que llega a la Tierra procedente del sol y protege a los seres vivos de sus efecto perjudiciales. Los gases clorofluorocarbonos, empleados en aerosoles y en circuitos de refrigeración, reaccionan con el ozono y destruyen su molécula. La disminución de la capa de ozono origina un aumento de la radiación ultravioleta nociva que llega a la superficie terrestre. En los Polos Norte y Sur, esta disminución de la concentración de ozono estratosférico se incrementa cada primavera por motivos meteorológicos, creando los denominados “agujeros de ozono”.

LA LLUVIA ÁCIDALa lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón o derivados del petróleo. En interacción con el vapor de agua estos gases forman ácido sulfúrico y ácidos nítricos. Estas sustancias químicas caen a la tierra acompañadas de precipitaciones. La lluvia ácida altera el crecimiento de las plantas, incremento de la acidez del suelo y de la aguas, disuelve metales tóxicos que luego pasan desde el agua de lagos y ríos a la cadena alimentaria deteriora los monumentos realizados en caliza

6- ENERGÍA Y DESARROLLO SOSTENIBLE

EL PROBLEMA ENERGÉTICOSe pueden identificar diversas causas que contribuyen a la carencia energética:• La degradación de la energía es el origen físico del problema energético: la energía transferida mediante calor no puede transformarse íntegramente en otras formas de energía. La energía disponible en cada momento para satisfacer las necesidades energéticas de la sociedad va perdiendo calidad y es necesario extraer nuevas cantidades de energía de las distintas fuentes energéticas.• El agotamiento de las fuentes de energía, se consumen a un ritmo mayor que el que necesita la naturaleza para reponerlas. El petróleo y el gas se agotarán en pocas décadas al ritmo actual de consumo; el carbón en pocos siglos• La demanda creciente de energía a nivel mundial. Las reservas energéticas se consumen a un ritmo cada vez mayor. Dichas reservas están concentradas en pocos países, por lo que los precios de la energía están muy influenciados por diversos factores sociopolíticos.

ENERGÍA Y MEDIOAMBIENTEEl uso de los combustibles fósiles y de la energía nuclear, ha tenido efectos ambientales negativos. Entre ellos la contaminación atmosférica, la lluvia ácida, el efecto invernadero y el almacenamiento de residuos radiactivos de larga duración.La contaminación de la atmósfera del agua y del suelo no tiene fronteras; no solo afecta a las zonas donde se produce la contaminación sino a todo el planeta. El uso de la energía debe compatibilizarse con hábitos de consumo que reduzcan el impacto ambiental:• El reciclado de los residuos.• El ahorro energético.• El aprovechamiento de las fuentes de energía menos contaminantes.

ENERGÍA Y DESARROLLO SOSTENIBLE

El protocolo de Kyoto entró en vigor en el 2005. Obligaba a los países firmantes a reducir en un 5% las misiones de gases de efecto invernadero antes del 2012. Entre los países firmantes se encuentra España y toda la Unión Europea pero no se encuentra el país que mas gases emite, Estados Unidos.

Un incremento económico incontrolado acarrea graves perjuicios medioambientales y el agotamiento de muchas fuentes de energía. Para que haya un equilibrio entre el desarrollo económico y el mantenimiento del medio ambiente se exige:• Sostenibilidad ambiental: La actuación humana sobre el medio natural debe ser compatible con su recuperación al mismo ritmo, conservando la biodiversidad y los ecosistemas. Los recursos naturales no pueden extraerse a un ritmo mayor que el que se produce. Se impone el principio de precaución: “no se deben realizar actividades productivas hasta que no se demuestre que no son dañinas.• Sostenibilidad social: Debe respetar el medioambiente y asegurar una distribución equilibrada de los recursos energéticos.• Sostenibilidad económica: Las actuaciones humanas sobre el entorno deben ser económicamente rentables y viables.

La sostenibilidad consiste en satisfacer las necesidades de la actual generación sin sacrificar la capacidad de futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades.Un desarrollo sostenible solo es posible con la colaboración de todos.

MEDIDAS PARA UNA UTILIZACIÓN SOSTENIBLE DE LA ENERGÍA

CONTRIBUCIÓN DE LA CIENCIA AL DESARROLLO SOSTENIBLE

• Ahorro energético: La energía es cara y escasa, por tanto hay que adoptar medidas de ahorro energético. El uso racional de la energía supone no gastar energía en actividades innecesarias y utilizar la mínima cantidad posible de energía en todas las actividades.• Diversificación de las fuentes energéticas para obtener la energía primaria de distintas fuentes y conseguir un uso equilibrado de todas ellas.•Impulso de las energías renovables, que favorecen el desarrollo tecnológico y son más respetuosas con el medio ambiente.• Desarrollo de energías autóctonas propias del país. Más cercanas al consumidor, además de que disminuyen la dependencia energética del exterior.

La ciencia contribuye al desarrollo sostenible de varias formas:• Desarrollo de nuevas energías, como el hidrógeno y la fusión nuclear, que pueden contribuir a la solución del problema energético.• Mejora de las tecnológicas de producción de energía: Los avances científicos y tecnológicos en el campo de las energías solar, marina y eólica han posibilitado un mejor aprovechamiento de estas fuentes.•Desarrollo de métodos de ahorro y eficiencia energéticos: mediante el diseño de procedimientos y aparatos que optimizan el uso de la energía como las bombillas de bajo consumo.• disminución del impacto ambiental del uso de la energía: Como por ejemplo, las investigaciones para capturar y almacenar el dióxido de carbono emitido y disminuir el efecto invernadero.