Energías alternativas o no renovables

Energía renovable. Hidráulica. Solar. Eólica. Maremotriz. Biomasa. Geotérmica. Combustibles: carbón, gas natural o petróleo

  • Enviado por: Ute
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 15 páginas

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Energías

ÍNDICE

Clasificación Página 1

Energías renovables Página 1

Energía Hidráulica Página 1

Energía Solar Página 2

Energía Eólica Página 4

Energía Maremotriz Página 5

Biomasa Página 6

Energía Geotérmica Página 7

Energías no renovables Página 8

Petróleo Página 8

Gas natural Página 9

Carbón Página 9

Energía nuclear Página 10

Bibliografía Página 13

CLASIFICACIÓN

- Llamaremos fuentes de energía renovables a aquéllas cuyo potencial es inagotable por provenir de la energía que llega a nuestro planeta de forma continua como consecuencia de la radiación solar o de la atracción gravitatoria de otros planetas de nuestro sistema solar. Son la energía solar, eólica, hidráulica, maremotriz, la biomasa y la geotérmica. También se las llamas energías alternativas.

- Las fuentes de energía no renovables son aquéllas que existen en una cantidad limitada en la naturaleza. No se renuevan a corto plazo y por eso se agotan cuando se utilizan. La demanda mundial de energía en la actualidad se satisface fundamentalmente con este tipo de fuentes. Los más comunes son carbón, petróleo, gas natural y la energía nuclear

ENERGIAS RENOVABLES

ENERGÍA HIDRAÚLICA

Podemos considerar la energía hidráulica como la energía que se obtiene a partir del agua de los ríos. Es una fuente de energía renovable. De forma indirecta tiene al Sol como origen. El calor evapora el agua de los mares formando las nubes, que a su vez se transformarán en lluvia o en nieve. El mayor aprovechamiento de esta energía se realiza en los saltos de agua de las presas. El agua se encuentra generalmente retenida en los embalses o pantanos. Estos son unos grandes depósitos que se forman, generalmente, de manera artificial, cerrando un valle mediante un dique o presa en el que quedan retenidas las aguas de un río. Este agua almacenada puede ser utilizada posteriormente para el riego, abastecimiento de poblaciones o para la producción de energía eléctrica en una central hidroeléctrica.

La mayoría de las presas hidráulicas se destinan a la producción de energía eléctrica. Los países con gran potencial hidráulico obtienen la mayor parte de la electricidad en centrales hidráulicas por sus grandes ventajas, algunas de ellas son:

  • Es renovable.

  • No es consuntiva. Se toma el agua en un punto y se devuelve a otro a una cota inferior.

  • Es autóctona y, por consiguiente, evita importaciones del exterior.

  • Es completamente segura para personas, animales o bienes.

  • No genera calor ni emisiones contaminantes (lluvia ácida, efecto invernadero, etc.).

  • Es verdaderamente respetuosa con el medio ambiente. El impacto que pueda producir es pequeño, fácilmente minimizable y, en muchos casos, evitable del todo.

  • Es eficaz, dado que proporciona al sistema potencia y producciones importantes en sí mismas.

  • Genera puestos de trabajo en su construcción, mantenimiento y explotación.

  • Requiere inversiones muy cuantiosas que se realizan normalmente en comarcas de montaña muy deprimidas económicamente.

  • Genera experiencia y tecnología fácilmente exportables a países en vías de desarrollo.

Pero también presenta inconvenientes:

  • No es posible hacer predicciones, puesto que dependen de la hidraulicidad anual, y los años de sequía o lluviosos no es algo sobre lo que el hombre pueda incidir.

  • Los emplazamientos hidráulicos suelen estar lejos de las grandes poblaciones, por lo que es necesario transportar la energía eléctrica producida a través de costosas redes.

  • Otro aspecto poco favorable es el efecto negativo que puede tener la creación de un embalse sobre el entorno, con problemas de alteración de cauces, erosión, incidencias sobre poblaciones, pérdida de suelos fértiles, etc.

  • Estos inconvenientes, unidos a las grandes inversiones necesarias en este tipo de centrales, y a la cada vez más difícil localización de emplazamientos son los que impiden una mayor utilización de esta fuente energética. Sin embargo la energía hidráulica sigue siendo la más empleada entre las fuentes de energía renovables para la producción de energía eléctrica.

¿Cómo funciona una central hidroeléctrica?

Las centrales hidroeléctricas funcionan convirtiendo la energía cinética y potencial de una masa de agua al pasar por un salto en energía eléctrica. El agua mueve una turbina cuyo movimiento de rotación es transferido mediante un eje a un generador de electricidad.

Existen fundamentalmente dos tipos de centrales hidroeléctricas:

  • Centrales de agua fluyente, son aquellas situadas aguas abajo de los embalses destinados a usos hidroeléctricos o a otros fines como abastecimiento de agua a poblaciones o riegos, susceptibles de producir energía eléctrica, ya que no consumen volumen de agua. Tienen la ventaja de almacenar la energía (el agua) y poder emplearla en los momentos en que más se necesiten. Normalmente son las que regulan la capacidad del sistema eléctrico y con las que se logra de mejor forma el balance consumo/producción.

  • Centrales a pie de presa, son aquellas que almacenan una cantidad suficiente de agua para ser turbinada en el momento en que se requiera. Esta capacidad de regulación se emplea en generar energía eléctrica en las horas punta de la demanda. Según la turbina pueden ser:

  • La turbina de acción, es aquella que aprovecha únicamente la presión del agua para girar. Este tipo de turbina se emplea fundamentalmente para el aprovechamiento hidroeléctrico de salto elevado y pequeño caudal.

  • La turbina de reacción aprovecha tanto la energía como la presión que le resta a la corriente en el momento de contacto. Estas suelen tener cuatro elementos fundamentales: carcasa o caracol, distribuidor, rodete y difusor.

ENERGÍA SOLAR

La energía solar es la energía que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética procedente del Sol, en donde es generada por un proceso de fusión nuclear. Es limpia, renovable, abundante y está disponible en la mayor parte de la superficie terrestre. La insolación que se recibe en una superficie horizontal es del orden de 1 kW/m2 al mediodía, variando de lugar a lugar según su latitud, nubosidad, humedad y otros factores.

En el Sol se producen constantemente reacciones de fusión: los átomos de hidrógeno se fusionan dando lugar a un átomo de helio, liberando una gran cantidad de energía. De ésta sólo una pequeña parte llega a la Tierra, pues el resto es reflejado hacia el espacio exterior por la presencia de la atmósfera terrestre.

La energía solar llega a la superficie de la Tierra por dos vías diferentes:

  • Incidiendo en los objetos iluminados por el Sol (radiación directa),

  • Por reflexión de la radiación solar absorbida por el aire y el polvo atmosférico (radiación difusa).

La primera es aprovechable de forma directa, Los colectores planos y las células fotovoltaicas aprovechan la segunda, en alguna medida.

  • La energía solar fotovoltaica se encarga de transformar la luz proveniente del Sol en energía eléctrica, con forma de corriente continua. Una vez generada esta electricidad se utilizará según las necesidades:

  • Guardándola en acumuladores para su posterior uso (bien sea en forma de corriente continua o corriente alterna): Sistemas Aislados.

  • Transformándola directamente en corriente alterna para su inyección a la red eléctrica de distribución: Conexión a Red.

  • Alimentando directamente a una bomba: Bombeo Solar Directo.

Comparada con las fuentes convencionales de energía, la energía solar presenta una baja densidad energética, pero puede ser concentrada para alcanzar altas temperaturas, habiéndose alcanzado hasta 3000 K en hornos solares. Se puede convertir a energía mecánica y eléctrica con eficiencias razonables. El aprovechamiento del efecto fotovoltaico en semiconductores, permite convertir la energía solar directamente a electricidad, con eficiencias del 5 al 20%.

La energía solar es por lo tanto una fuente de energía que puede ser, y ya es en muchos casos, usada en aplicaciones domésticas para calentar agua y en sistemas de calefacción y acondicionamiento de aire; aplicaciones industriales para calor de proceso; generación de electricidad por procesos térmicos y fotovoltaicos; aplicaciones agrícolas para irrigación, invernaderos, secado de granos y otros productos; potabilización de agua, etc.

Las ventajas de la energía solar son:

  • Es inagotable a escala humana y no contaminante.

  • Mediante procesos convenientes de concentración pueden alcanzarse con ella temperaturas hasta 3.000 ºC, que en principio permiten poner en marcha ciclos termodinámicos de alto rendimiento.

  • Los inconvenientes de esta fuente de energía son:

  • No puede ser almacenada, por lo que tiene que ser transformada inmediatamente en otra forma de energía (calor, electricidad, biomasa).

  • Su aprovechamiento exige disponer de sistemas de captación de grandes superficies y algunos de sus principales componentes son muy caros.

  • La energía solar es intermitente y variable; presenta variaciones diarias y estacionales, y está determinada por las condiciones atmosféricas.

  • Por tanto la energía solar que llega a la Tierra es gratuita, pero su transformación en energía útil es muy costosa y, en muchos casos, está en fase de experimentación.

    El aprovechamiento de la energía solar puede hacerse por dos vías: térmica y fotovoltaica.

    Los paneles solares fotovoltaicos

    Se emplean para generar electricidad a partir de la energía proporcionada por la luz, aprovechando la mínima radiación solar o de otra fuente para empezar a producir una tensión eléctrica.
    Cada panel está compuesto de un conjunto de células fotovoltaicas de silicio monocristalino y su vida útil se estima puede ser superior a los 25 años. Un panel o un conjunto de paneles fotovoltaicos, necesitan ser instalados a un regulador de corriente, pues en ocasiones cuando la intensidad solar es muy elevada, la tensión generada por los paneles es tan alta que puede deteriorar a los equipos a ellos conectados. En estos casos la misión del regulador es realizar la desconexión del panel.

    ENERGÍA EÓLICA

    La energía eólica es la energía producida por el viento. Fue una de las primeras fuentes de energía utilizada por el hombre. Los barcos de vela y los molinos de viento son las primeras manifestaciones del aprovechamiento energético de la energía eólica.

    Algunas ventajas de la energía eólica:

  • Es una fuente de energía segura y renovable.

  • No produce emisiones a la atmósfera ni genera residuos, salvo los de la fabricación de los equipos y el aceite de los engranajes.

  • Se trata de instalaciones móviles, su desmantelación permite recuperar totalmente la zona.

  • Rápido tiempo de construcción (inferior a 6 meses).

  • Beneficio económico para los municipios afectados (canon anual por ocupación del suelo). Recurso autóctono.

  • Su instalación es compatible con otros muchos usos del suelo.

  • Se crean puestos de trabajo.

  • Desventajas de este tipo de energía:

  • Impacto visual: su instalación genera una alta modificación del paisaje.

  • Impacto sobre la avifauna: principalmente por el choque de las aves contra las palas, efectos desconocidos sobre modificación de los comportamientos habituales de migración y anidación.

  • Impacto sonoro: el roce de las palas con el aire produce un ruido constante, la casa mas cercana deberá estar al menos a 200 m.

  • Posibilidad de zona arqueológicamente interesante.

  • En la actualidad se utiliza para accionar molinos industriales, bombas y pequeñas dinamos. Existen también sistemas de transformación de energía eólica en energía eléctrica, aunque están en fase experimental y el rendimiento obtenido es muy pequeño en relación a la producción.

    Las máquinas eólicas

    Actualmente la energía eólica se aprovecha de dos formas bien diferenciadas:

    Por una parte se utilizan para sacar agua de los pozos un tipo de eólicas llamados aerobombas, actualmente hay un modelo de máquinas muy generalizado, los molinos multiplana del tipo americano. Directamente a través de la energía mecánica o por medio de bombas estos molinos extraen el agua de los pozos sin más ayuda que la del viento.

    Por otra, están ese tipo de eólicas que levan unidas un generador eléctrico y producen corriente cuando sopla el viento, reciben entonces el nombre de aerogeneradores.

    Los aerogeneradores pueden producir energía eléctrica de dos formas: en conexión directa a la red de distribución convencional o de forma aislada:

    La conexión directa a la red viene representada por la utilización de aerogeneradores de potencias grandes. Aunque en determinados casos y gracias al apoyo de los estados de las energías renovables es factible la conexión de modelos más pequeños. Pero siempre hay que tener en cuenta los costes de enganche a la red (equipos y permisos) o por la agrupación de máquinas conectadas entre sí y que vierten su energía conjuntamente a la red eléctrica.

    Las aplicaciones aisladas por medio de pequeña o mediana potencia se utilizan para usos domésticos o agrícolas (iluminación, pequeños electrodomésticos, bombeo, irrigación, etc.),

    Los sistemas más desarrollados y rentables consisten en agrupaciones de varias máquinas eólicas cuyo objetivo es verter energía eléctrica a la red. Dichos sistemas se denominan parques eólicos.

    La energía eólica por sus condiciones de producción caprichosa está limitada en porcentaje al total de energía eléctrica. Se considera que el grado de penetración de la energía eólica en grandes redes de distribución eléctrica puede alcanzar sin problemas del 15 al 20% del total sin especiales precauciones en la calidad del suministro ni en la estabilidad de la red.


    ENERGÍA MAREMOTRIZ

    La energía maremotriz es la energía desarrollada por las aguas del mar cuando están en movimiento.

    Las mareas son el resultado de la atracción gravitatoria ejercida por el Sol y la Luna sobre nuestro planeta. En algunos lugares el desnivel de las mareas alcanza con frecuencia varios metros de diferencia entre la marea baja y la marea alta (bajamar y pleamar). Su utilización industrial sólo es posible en aquéllas zonas costeras que reúnan determinadas condiciones topográficas y marítimas en las cuales el valor de amplitud del desnivel de las mareas sea comparable a una instalación hidroeléctrica de escasa altura de caída pero de considerable masa de ésta.

    En algunos casos particulares en que la marea penetra por un paso estrecho, es posible mediante diques dejar entrar en él la marea ascendente y hacer pasar el agua a través de la turbina cuando la marea se retira. Este es el principio de las centrales maremotrices.

    La energía de las olas es mucho más difícil de dominar y hasta el presente no se ha conseguido la tecnología adecuada.

    BIOMASA

    La más amplia definición de biomasa sería considerar como tal a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. En esta definición se recogen varios tipos de materiales, cada uno con una relevancia energética propia. Estos son:

    • Residuos forestales y agrícolas

    • Residuos biodegradables

    • Residuos sólidos urbanos

    Con la ayuda de la radiación del sol las plantas y la atmósfera entran dentro del ciclo del carbono. Las plantas absorben CO2 del aire y el agua. Con la energía recibida del sol forman sus propias células: la biomasa. Cuando se usa la biomasa como combustible se libera energía a través de la oxidación del carbono y el ciclo se cierra.

    El poder calorífico de la biomasa depende principalmente de su composición química y el contenido de humedad. La composición química depende del tipo de planta. La humedad se debe disminuir a una cantidad mínima para el máximo aprovechamiento.

    La biomasa se puede utilizar en una combustión directa (después del secado) o indirecta a través de la gasificación (secado, destilación, reducción, gasificación. La gasificación significa un aumento en complejidad para conseguir el combustible pero después el transporte y el uso resultan mucho más fáciles.

    Los combustibles fósiles son derivados de materiales biológicos; sólo que han sido alterados muy profundamente y no forman parte del ciclo carbono actual. Debido a esto y a su horizonte de reformación no se puede hablar en su caso de una energía renovable.

    Los residuos forestales, agrícolas y, en general todos son los subproductos con un origen biológico constituyen lo q se denomina biomasa. A partir de ella, y mediante diversos procesos, se puede conseguir un aprovechamiento energético, bien en forma de combustible, bien por combustión directa de esos residuos. Constituye la energía renovable más consumida en nuestro país, ya que se trata de un recurso muy abundante en la naturaleza. Por otro lado, fue la más utilizada por el ser humano hasta la aparición de los combustibles fósiles; de hecho, en el Tercer Mundo es prácticamente la fuente principal de energía primaria.

    La tecnología actual se orienta a la generación de combustibles y a la comercialización de la electricidad producida a partir de la biomasa, por lo que ésta comienza a ser rentable. Se están empleando plantas de crecimiento rápido, como cardo, sorgo, colza o el girasol y, además de combustible se obtienen alcohol y aceites vegetales.

    Su impacto medioambiental es mínimo en el caso de los cultivos para producción de biomasa. Si bien su combustión emite CO2, durante el crecimiento de la planta ésta absorbe, con lo que el balance global de emisión es cero.

    ENERGÍA GEOTÉRMICA

    Hasta la fecha, los yacimientos geotérmicos que se han explotado para la generación eléctrica son del tipo de vapor seco. La tecnología empleada para su explotación es comercial, aunque todavía tiene algunos aspectos de investigación y desarrollo. Existen otros tipos de yacimientos que por su naturaleza no son explotables con esta tecnología. Estos básicamente son dos: aquellos cuya temperatura es baja y no sólo se aprovechan para usos eléctricos, y aquellos que tienen la temperatura adecuada pero son secos. Además, se ha propuesto utilizar el gradiente térmico natural de la tierra, el cual a diez kilómetros de profundidad daría una temperatura de 300 C o más; es decir, no es un yacimiento localizado sino que está presente en toda la superficie terrestre.

    Los yacimientos de baja temperatura han sido aprovechados en la extracción de compuestos químicos así como en aplicaciones de acondicionamiento ambiental de edificios e invernaderos. Su utilización en la generación eléctrica es técnicamente factible por medio de varios tipos de equipos, como son las turbinas de flujo total, las plantas de ciclo orgánico, etc. Los yacimientos de roca seca requieren la búsqueda de estas anomalías térmicas cerca de la superficie (1 a 2 km de profundidad), como se hace en los yacimientos normales, pero dificultada por la falta de manifestaciones superficiales, como son los manantiales de aguas termales. Su explotación se pretende llevar a cabo por medio de la performación de dos pozos relativamente cercanos uno al otro, inyectando agua fría por el primero y sacándola por el segundo a la temperatura deseada. Para realizar este proceso, se requiere fracturar la roca entre el fondo de los dos pozos. Está en realización el primer experimento piloto de este proceso, encontrándose varios problemas a resolver como es la pérdida de agua y el control de la temperatura del agua de salida. Un esquema similar de explotación se utilizaría para aprovechar el gradiente térmico normal de la tierra, para el cual las perforaciones serían del orden de 10 km de profundidad.

    El más cercano de estos procesos a ser comercial es el de los sistemas de ciclo orgánico para aprovechar la energía contenida en fluídos a baja temperatura. En los últimos años, avances tecnológicos han reducido costos de los equipos y se espera que en poco tiempo esta tecnología se vuelva competitiva, abriendo una perspectiva importante de aprovechamiento de energía que hasta la fecha.

    Energías no renovables

    Son las fuentes de energía que se agotan. Los combustibles fósiles son fáciles de obtener y utilizar, pero hay dos inconvenientes: se agotan y contaminan el medio ambiente.

    PETRÓLEO

    Proceden de materia orgánica que había en el mar hace cientos de miles de millones de años. El petróleo se encuentra en el subsuelo a más de 1000 metros de profundidad. El petróleo se agotara en el 2050. Es la fuente de energía mas utilizada. A partir de este recurso se puede obtener otros derivados como:

    • Plásticos y derivados (Industria/Comercio/Vivienda)

    • Gasolina, gasóleos y querosenos (Automoción) 

    • Asfalto (Carreteras).  

    El petróleo es un líquido formado por una mezcla de hidrocarburos. En las refinerías se separan del petróleo distintos componentes como gasolina, gasoil, fueloil y asfaltos, que son usados como combustibles. También se separan otros productos de los que se obtienen plásticos, fertilizantes, pinturas, pesticidas, medicinas y fibras sintéticas.

    Formación

    El petróleo se forma cuando grandes cantidades de microorganismos acuáticos mueren y son enterrados entre los sedimentos del fondo de estuarios y pantanos, en un ambiente muy pobre en oxígeno. Cuando estos sedimentos son cubiertos por otros que van formando estratos rocosos que los recubren, aumenta la presión y la temperatura y, en un proceso poco conocido, se forman el petróleo y el gas natural. Este último se forma en mayor cantidad cuando las temperaturas de formación son más altas.

    Tipos de crudo

    El crudo es el petróleo antes de su refinado. 

    La composición de los crudos es muy variable dependiendo del lugar en el que se han formado. No solo se distinguen unos crudos de otros por sus diferentes proporciones en las distintas fracciones de hidrocarburos, sino también porque tienen distintas proporciones de azufre, nitrógeno y de las pequeñas cantidades de diversos metales, que tienen mucha importancia desde el punto de vista de la contaminación.

    Contaminación

    Constituye uno de los elementos líquidos más peligrosos del planeta por el catastrófico uso que de él hace el hombre. La contaminación que provoca se manifiesta de varias formas:

  • El crudo: En la extracción: se vierte parte del petróleo, directamente al espacio que rodea la prospección. Esto es especialmente dañino cuando se trata de extracciones en mar  abierto.

  • La combustión: La combustión de derivados del petróleo tiene como efecto inmediato la producción de elementos químicos como el Dióxido de  Azufre, Dióxido de Carbono, y compuestos orgánicos volátiles.

  • Los residuos: Una de las características del petróleo es su capacidad de transformarse en residuo, generalmente poco degradables por los procesos degenerativos naturales. Sus manifestaciones más características son: Aceites usados, Desechos de maquinaria industrial, Alquitranes y grasas varias, Desmantelado de vehículos, Plásticos, etc.

  • GAS NATURAL

    El gas se agotara en el 2150. Se extrae en las mismas zonas en donde se encuentra el petróleo o las bolsas de petróleo. Se encuentra en la parte superior de la bolsa petrolífera. Su uso principal es cómo combustible doméstico.

     

    El gas natural está formado por un pequeño grupo de hidrocarburos: fundamentalmente metano con una pequeña cantidad de propano y butano. El propano y el butano se separan del metano y se usan como combustible para cocinar y calentar, distribuidos en bombonas. El metano se usa como combustible tanto en viviendas como en industrias y como materia prima para obtener diferentes compuestos en la industria química orgánica. El metano se distribuye normalmente por conducciones de gas a presión (gaseoductos).

    Ventajas y desventajas

    Es menos perjudicial que el petróleo. Por esto, se podría utilizar como una energía tránsito capaz de sustituir con éxito al carbón al petróleo. Sus ventajas e inconvenientes:

  • Ventajas en comparación con otras fuentes energéticas: Barato, Rendimiento energético mayor, Suministro permanente, Reserva mundial inmensa (superior a la del petróleo), Menor contaminación directa, debido a que no contiene azufre y la producción de CO2 es mínima, Menor contaminación indirecta, pues no necesita transporte por carretera.

  • Inconvenientes: No es una fuente energética renovable, La instalación de conductos produce impactos ambientales, aunque limitados, Genera elementos químicos en la combustión.

  • CARBÓN

    Proceden de plantas que quedaron enterradas hace unos 300.000.000 años. Es fácil de obtener y utilizar, al ritmo actual se agotara en el 2300.

    El carbón es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias. Es una de las principales fuentes de energía.

    Tipos de carbón

    Según las presiones y temperaturas que los hayan formado distinguimos distintos tipos de carbón: turba, lignito, hulla (carbón bituminoso) y antracita. Cuanto más altas son las presiones y temperaturas, se origina un carbón más compacto y rico en carbono y con mayor poder calorífico.. 

    La turba es poco rica en carbono y muy mal combustible. El lignito viene a continuación en la escala de riqueza, pero sigue siendo mal combustible, aunque se usa en algunas centrales térmicas. La hulla es mucho más rica en carbono y tiene un alto poder calorífico por lo que es muy usada, por ejemplo en las plantas de producción de energía. Está impregnada de sustancias bituminosas de cuya destilación se obtienen interesantes hidrocarburos aromáticos y un tipo de carbón muy usado en siderurgia llamado coque, pero también contiene elevadas cantidades de azufre que son fuente muy importante de contaminación del aire. La antracita es el mejor de los carbones, muy poco contaminante y de alto poder calorífico.

    Contaminación

    La explotación del carbón representa un múltiple y acusado impacto sobre el medio ambiente, clasificándose básicamente en las siguientes modalidades:

  • Impacto minero

  • Impacto de centrales térmicas

  • ENERGIA NUCLEAR

    Se libera al romper átomos de elementos como el uranio, mediante un proceso llamado fisión nuclear. Tiene dos grandes inconveniente: residuos muy peligrosos activos durante muchos años y accidentes graves y de contaminación radioactiva con efectos sobre la vida y la salud.

    Otra de las fuentes de energía no renovable es el uranio que se usa en las centrales de energía nuclear. El uso de la energía nuclear tiene importantes repercusiones ambientales. Algunas positivas, por lo poco que contamina, pero algunos de los problemas que tiene son muy importantes. En la opinión pública causó una gran impresión el accidente de Chernobyl y la contaminación radiactiva que se dispersó por medio mundo y la industria nuclear produce residuos radiactivos muy peligrosos que duran miles de años, cuyo almacenamiento definitivo plantea muy graves problemas.

    La energía nuclear procede de reacciones de fisión o fusión de átomos en las que se liberan gigantescas cantidades de energía que se usan para producir electricidad. Además ha surgido otro problema de difícil solución: el del almacenamiento de los residuos nucleares de alta actividad. 

    Obtención de energía por fisión nuclear convencional.

    El sistema más usado para generar energía nuclear utiliza el uranio como combustible. En concreto se usa el isótopo 235 del uranio que es sometido a fisión nuclear en los reactores. En este proceso el núcleo del átomo de uranio (U-235) es bombardeado por neutrones y se rompe originándose dos átomos de un tamaño aproximadamente mitad del de uranio y liberándose dos o tres neutrones que inciden sobre átomos de U-235 vecinos, que vuelven a romperse, originándose una reacción en cadena.

    La fisión controlada del U-235 libera una gran cantidad de energía que se usa en la planta nuclear para convertir agua en vapor. Con este vapor se mueve una turbina que genera electricidad.

    El mineral de uranio se encuentra en la naturaleza en cantidades limitadas. Es por tanto un recurso no renovable. Suele hallarse casi siempre junto a rocas sedimentarias. Hay depósitos importantes de este mineral en Norteamérica (27,4% de las reservas mundiales), África (33%) y Australia (22,5%). 

    El mineral del uranio contiene tres isótopos: U-238 (9928%), U-235 (0,71%) y U-234 (menos que el 0,01%). Dado que el U-235 se encuentra en una pequeña proporción, el mineral debe ser enriquecido (purificado y refinado), hasta aumentar la concentración de U-235 a un 3%, haciéndolo así útil para la reacción.

    El uranio que se va a usar en el reactor se prepara en pequeñas pastillas de dióxido de uranio de unos milímetros, cada una de las cuales contiene la energía equivalente a una tonelada de carbón. Estas pastillas se ponen en varillas, de unos 4 metros de largo, que se reúnen en grupos de unas 50 a 200 varillas. Un reactor nuclear típico puede contener unas 250 de estas agrupaciones de varillas.

    Producción de electricidad en la central nuclear

    Una central nuclear tiene cuatro partes: 

  • El reactor en el que se produce la fisión

  • El generador de vapor en el que el calor producido por la fisión se usa para hacer hervir agua

  • La turbina que produce electricidad con la energía contenida en el vapor

  • El condensador en el cual se enfría el vapor, convirtiéndolo en agua líquida.

  • La reacción nuclear tiene lugar en el reactor, en el están las agrupaciones de varillas de combustible intercaladas con unas decenas de barras de control que están hechas de un material que absorbe los neutrones. Introduciendo estas barras de control más o menos se controla el ritmo de la fisión nuclear ajustándolo a las necesidades de generación de electricidad.

    En las centrales nucleares habituales hay un circuito primario de agua en el que esta se calienta por la fisión del uranio. Este circuito forma un sistema cerrado en el que el agua circula bajo presión, para que permanezca líquida a pesar de que la temperatura que alcanza es de unos 293ºC.

    Con el agua del circuito primario se calienta otro circuito de agua, llamado secundario. El agua de este circuito secundario se transforma en vapor a presión que es conducido a una turbina. El giro de la turbina mueve a un generador que es el que produce la corriente eléctrica.

    Finalmente, el agua es enfriada en torres de enfriamiento, o por otros procedimientos.

    Fusión nuclear

    Cuando dos núcleos atómicos (por ejemplo de hidrógeno) se unen para formar uno mayor (por ejemplo helio) se produce una reacción nuclear de fusión. Este tipo de reacciones son las que se están produciendo en el sol y en el resto de las estrellas, emitiendo gigantescas cantidades de energía. 

    Muchas personas que apoyan la energía nuclear ven en este proceso la solución al problema de la energía, pues el combustible que requiere es el hidrógeno, que es muy abundante. Además es un proceso que, en principio, produce muy escasa contaminación radiactiva. 

    La principal dificultad es que estas reacciones son muy difíciles de controlar porque se necesitan temperaturas de decenas de millones de grados centígrados para inducir la fusión y todavía, a pesar de que se está investigando con mucho interés, no hay reactores de fusión trabajando en ningún sitio. 

    Contaminación

    El estudio de su impacto ambiental debe llevarse a cabo analizando todo el proceso de producción de la energía nuclear:

    1. Extracción, concentrado y enriquecimiento de Uranio:

    La extracción del mineral provoca la contaminación por:

    • Sólidos: estériles de minería, que por su pobre concentración en Uranio son desechados.

    • Líquidos: aguas superficiales y subterráneas que arrastran los materiales de la mina.

    • Gases: Radón, gas radiactivo, que se libera a la atmósfera una vez abierta la mina y que entre en contacto directo con los mineros.

    El proceso de concentrado y enriquecimiento se realiza en plantas de tratamiento, que generan idénticos desechos que en el proceso de extracción. Una vez enriquecido el Uranio, está en disposición de ser utilizado como combustible en centrales de producción eléctrica nuclear.

    2. Producción de energía:

    En este caso los problemas ocurren en:

    • Centrales eléctricas nucleares: el proceso nuclear genera una gran cantidad de residuos radiactivos, que deben almacenarse en las dependencias de la  misma central y en depósitos especiales para material radiactivo. Producen  contaminación de aguas, tierras y aire.

    • Reactores nucleares: constituyen unidades energéticas móviles e independientes. Su peligro potencial es inmenso:

    • El riesgo de accidentes obliga a extremar las precauciones en el manejo de estas naves, ya que significaría la contaminación radiactiva del medio ambiente.

    • El funcionamiento de estos reactores implica la producción de residuos contaminados, que han de ser depositados en algún lugar.

    • Riesgo de exposiciones a la radiación por parte del personal de las naves.

    • Posible utilización de material bélico nuclear

    3. Aplicación en medicina, industria, investigación y transporte:

    De todos es de sobra conocido el tristemente famoso caso del acelerador de partículas en el hospital de Zaragoza. El fallo producido en la bomba de cobalto provocó la muerte de más de 20 personas. Este suceso es lo suficientemente descriptivo, para tomar en consideración la potencial peligrosidad de los elementos radiactivos.

    Otra aplicación es la utilización, por parte de la industria, de materiales radiactivos para  medir densidad, espesor, etc.

    Los peligros que esconden muchos centros de investigación y experimentación nuclear, son tan variados como el tipo de trabajo que se realiza en ellos. Y en la mayoría de las ocasiones desconocidos.

    4. Clausura de centros nucleares:

    El problema principal que se plantea a la hora de clausurar estas instalaciones es ¿qué hacer con los residuos radiactivos acumulados durante años?

    Lo más corriente es que los residuos de alta actividad de almacenen en piscinas dentro de los recintos de las centrales nucleares y los de baja y media actividad se envíen a cementerios nucleares. En resumidas cuentas, la clausura de centros nucleares suele ser más peligrosa y costosa que su puesta en marcha.

    BIBLIOGRAFÍA

    • Libro de 4º de E.S.O. Ed. Santillana. Física y Química.

    • Libro de 1º de bach.. Ed. McGraw Hill. Física y Química

    • Enciclopedia Universal Larousse, varios tomos.

    • Enciclopedia "Encarta 2002"

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