RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINERALES

UNIDAD 13

• Nuestra vida diaria se basa en el consumo continuo de energía, desde los alimentos hasta las energías externas que requerimos para realizar cualquier actividad.

• La mayoría provienen de recursos no renovables, combustibles fósiles y uranio, que tienen asociados dos problemas:– Agotamiento de reservas.– Numerosos impactos ambientales.

• La principal medida que se debe tomar es el ahorro.

13.1. INTRODUCCIÓN• La energía no ocupa un lugar ni se puede tocar.• La energía es la capacidad de producir un

trabajo.• El 99% de la energía utilizada en la tierra

proviene de forma directa o indirecta del sol.• La energía puede aparecer bajo muchas

formas: calorífica, electromagnética, mecánica, nuclear…

• Todos los intercambios de energía se rigen por las leyes de la termodinámica.

• Dependemos de la energía para todo.

• Energías convencionales. Las derivadas del uso de combustibles fósiles, la nuclear y la hidroeléctrica.

• Energías renovables (tasa de renovación dentro de los límites de tiempo de la escala humana).

• Alternativas o nuevas (bajo impacto ambiental)

Reglas de Herman Daly• Principio de recolección sostenible. Tasa de

consumo igual o inferior a la de renovación.• Principio de vaciado sostenible. Para que la

explotación de un recurso no renovable sea sostenible, su tasa de vaciado por consumo ha de ser igual o inferior a la tasa de creación de nuevos recursos renovables que puedan sustituirlos cuando se agoten.

• Principio de emisión sostenible. La tasa de emisión de contaminantes ha de ser inferior a la capacidad de asimilación o reciclado natural de los mismos llevada a cabo por parte del entorno.

13.2. USO DE LA ENERGÍAA) Calidad de la energía.

– Se evalúa en función de su capacidad para producir trabajo útil por unidad de masa o volumen.

– La energía de mayor calidad es la más concentrada (petróleo, carbón, uranio) y la de baja calidad se encontrará dispersa en grandes volúmenes (vientos flojos)

(Ver tabla del libro pag 323)

B) Rentabilidad económica.– Es un factor muy importante. Depende de:

• Accesibilidad.• Facilidad de explotación.• Transporte.

– En definitiva, la rentabilidad depende del precio de la energía, que es variable.

C) Sistemas energéticos.– Conjunto de procesos realizados sobre la

energía desde sus fuentes originarias hasta sus usos finales.• Proceso de captura o extracción de la energía

primaria (perforación de un pozo petrolífero).• Proceso de transformación en energía

secundaria (refinería de petróleo).• Transporte hasta el lugar de utilización

(transporte de gasolina).• Consumo de la energía secundaria (uso del

coche)

• Convertidor. Es un componente del sistema energético (presa, caldera, motor…) que permite la transformación de una forma de energía en otra para facilitar su transporte o uso.

• Se forma una cadena de convertidorespor la que circula la energía desde su fuente de origen hasta su uso final.

• Cada fase del proceso lleva asociadas pérdidas.

D) Rendimiento energético.– Es la relación entre la energía suministrada al

sistema y la que se obtiene de él, expresada en tanto por ciento.

– El rendimiento será menor del 100% (el de un coche es el 19%), provocado por la existencia de pérdidas energéticas.

E) Coste energético.– Coste energético: precio que se paga por

utilizar la energía secundaria (recibo luz, coste gasolina).

– Costes ocultos, son los asociados con los equipos e instalaciones implicados en todo el proceso energético y los impactos ambientales (Ej mareas negras).

13.3. ENERGÍAS CONVENCIONALES

• Los combustibles fósiles son las principales fuentes de energía utilizadas a nivel mundial.

• Esta situación no se puede sostener en el tiempo debido a dos factores:– Agotamiento de las fuentes.– Impactos ambientales.– Impactos sociales.

A. Combustibles fósiles

Recurso: estimación teórica de la cantidad total que hay en la corteza terrestre de un determinado combustible fósil o de un mineral. Es una cantidad fija.Reserva: cantidad descubierta de un combustible fósil cuya explotación resulta económicamente rentable.

• EL 81% de la energía primaria mundial proviene de los combustibles fósiles.

• Problemas: contaminación, efecto invernadero, conflictos armados…

• Soluciones:– Reducción del consumo energético.– Sustitución por fuentes de energía

renovables.

El carbón• Se formó por la acumulación de restos

vegetales en el fondo de pantanos, lagunas o deltas, que en ausencia de oxígeno sufrieron un proceso de fermentación, que dio como resultado la formación de carbón, metano y CO2.

• El carbón tienen un alto poder calorífico y es uno de los combustibles más abundantes.

• Es el más contaminante.– Tiene mucho azufre, al quemarlo expulsa mucho

SO2. Es el principal causante de la lluvia ácida.– Emite el doble de CO2 que el petróleo.

• Para su extracción se pueden hacer explotaciones a cielo abierto (con mayor impacto ambiental) o minas (mayor coste económico y social).

• Se generan grande escombreras de estériles (gran contaminación).

• Su uso principal es en centrales térmicas para producir electricidad.– El 30% de la energía eléctrica a nivel

mundial proviene de esta fuente.

• Estrategias para minimizar los impactos de las centrales térmicas:– Sustitución del combustible por otro con

menos azufre.– Procesado del combustible para eliminar la

mayor cantidad de S.– Diseño de centrales térmicas más

eficientes.

El petróleo• Se originó por la muerte masiva del plancton

marino, que al sedimentar junto a cienos y arenas formó los barros sapropélicos. – La materia orgánica se convierte en hidrocarburos.– Los cienos y arenas se transforman en rocas

sedimentarias.• Debido a su baja densidad el petróleo tiende a

aflorar hacia la superficie, pero si hay una masa impermeable se acumula.

• Se transporta por:– Oleoductos.– Barcos petroleros.

El petróleo es un líquido oscuro más ligero que el agua, por lo que en caso de escape se extiende por las superficies marinas, produciendo mareas negras, que impiden la entrada de oxígeno y eliminando toda vida existente.

• Para poder utilizar el petróleo ha de pasar por una serie de procesos de refinado, destilación fraccionada.

• Principales usos:– Gases licuados (calefacciones y calderas).– Gasolina (automóviles).– Nafta y queroseno (industria química y

combustible para aviones).– Gasóleos (vehículos diésel y calefacciones).– Fuel (centrales térmicas).– Materias primas para la industria química,

fertilizantes, pesticidas, plásticos, fibras sintéticas, pinturas, medicinas etc.

• El principal uso de este combustible es para transporte.

• Es necesario incluir los “costes ocultos”, económicos, ecológicos y sociales, en su precio.

El gas natural

• Procede, al igual que el resto de hidrocarburos, 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 muy sencilla.

• Utilización:– Hogares (calefacción, cocina)– Centrales térmicas (como sustituto del

carbón). Es más eficiente que el carbón y que el petróleo.

– Produce un 65% menos de CO2 que otros combustibles fósiles, y no emite NOx ni SO2.

B. Energía nuclear: fisión• Algunos aspectos a tener en cuenta:

– Los residuos radiactivos.– Grandes costes de construcción y mantenimiento.– Frecuentes fallos y paradas de reactores.– Sobreestimación de la demanda eléctrica.– Accidentes.

• Actualmente se considera como el método más peligroso e inadecuado de producir energía.

• Algunos la proponen como alternativa frente al cambio climático, ya que no emite CO2, pero no supone una alternativa sostenible.

• Al dividirse un núcleo de uranio-235 por el impacto de un neutrón, en dos núcleos más ligeros, se libera energía y neutrones más rápidos, que chocan con nuevos núcleos de uranio. Reacción en cadena.

• Se libera una gran cantidad de energía en muy poco tiempo.

Funcionamiento de un reactor nuclear

• Para extraer el calor producido por las reacciones nucleares se produce el refrigerado por agua ligera.

• Además de la posible contaminación radiactiva, las centrales nucleares producen impactos al afectar al microclima de la zona, haciéndolo más cálido y húmedo.

• También se afecta a la temperatura del agua de los ríos.

• El combustible de extrae a partir de grandes cantidades de mineral de uranio.

• Unos tres o cuatro años más tarde la concentración de uranio-235 es demasiado baja como para poder mantener la reacción de fisión.

• Las barras se almacenan en piscinas dentro del mismo reactor.

• Después de transportan a centrales de reprocesado.

• Los residuos restantes permanecerán activos al menos 10.000 años.

C. Energía hidroeléctrica• La energía potencial que

impulsa el agua en su camino desde las montañas al mar puede ser transformada en energía eléctrica mediante los embalses que permiten almacenar y concentrar dicha energía.

• Es de bajo coste y mínimo mantenimiento.

• Son más sostenibles las pequeñas centrales hidroeléctricas (minicentrales).

13.4. ENERGÍAS ALTERNATIVAS

• Algunas son nuevas y otras no tanto, pero todas se caracterizan por:– Son renovables.– Tienen un bajo impacto ambiental.

• Para evaluar su posible uso futuro hay que tener en cuenta la disponibilidad actual y el coste económico.

• Faltan infraestructuras necesarias para ususo.

• Funcionan bien a pequeña escala.

Para entender las energías alternativas

es necesario proponer un balance sobre las ventajas y desventajas de cada fuente de energía

alternativa y compararlo con las

energías convencionales

A. Energías procedentes del Sol• La principal fuente de energía de nuestro

planeta es el Sol.• Todas las energías renovables dependen en

mayor o menor medida del Sol.

Sistemas arquitectónicos pasivos

• Una gran parte de la energía consumida en los hogares se utiliza en calentarlos, enfriarlos e iluminarlos. Con un diseño adecuado (que coincide con la arquitectura tradicional de cada zona) se puede conseguir un gran ahorro energético.

• Arquitectura bioclimática.

Centrales térmicas solares

• Se utiliza el calor procedente del sol para la producción de electricidad.

• Hay que capturar y concentrar la luz solar mediante un colector. Luego se utilizará un fluido para almacenarlo y posteriormente se convierte en electricidad.

Centrales solares fotovoltaicas

• Se convierte directamente la luz del Sol en electricidad.

• Se utiliza un material semiconductor, como el silicio. Su fabricación es cara.

• La energía fotovoltaica genera electricidad sin contaminación, sin ruido y sin partes móviles. Sus instalaciones necesitan un mantenimiento mínimo y no requieren agua.

• Inconvenientes: espacio necesario para su instalación y su impacto visual.

• España debería ser un país pionero en su utilización.

Energía de la biomasa• Biomasa: es la materia orgánica generada por

los seres vivos como consecuencia de su actividad vital. Tiene almacenada energía solar transformada en energía química a través de la fotosíntesis.

• Es proporcionada por una gran diversidad de productos:– Forestales (madera, leña)– Agrícolas (paja).– Desechos de animales (excrementos de granjas).– Basura (papel, cartón, restos de alimentos).

• El transporte de estos residuos es ineficiente, por lo que es necesario realizar la transformación energética en el mismo punto donde se obtiene la biomasa.

• Será renovable siempre que se replanten tantos árboles y plantas como se utilicen.

• Basuras urbanas. Reutilización de la energía generada en la combustión, para conseguir calor o vapor de agua o energía eléctrica.

• La biomasa como fuente de energía presenta dos modalidades:– Quemada directamente. Biomasa

energética.– Transformada en otros combustibles.

Biogás y biocombustibles.

Biomasa energética• Es la forma más tradicional de empleo de la

biomasa.• Es la quema directa de leña para calentarse,

calentar agua y cocinar.• Supone el 80% de la energía consumida en los

hogares de los países del Sur.

• En España se emplea la biomasa para calefacción y/o agua caliente a partir de residuos forestales, cáscaras de almendras, huesos de aceitunas…

• También para obtener energía eléctrica en centrales térmicas de biomasa.

Biogás• Es un combustible gaseoso formado por una

mezcla de metano, CO2 y otros gases en pequeñas proporciones (Hidrógeno, Nitrógeno…)

• Se obtiene por la fermentación anaerobia de residuos orgánicos biodegradables: ganaderos, lodos de depuradoras, fracción orgánica de las basuras domésticas o industriales.

• El proceso se lleva a cabo en el interior de un digestor.

Biocombustibles• Son carburantes líquidos que proceden

de la transformación de la biomasa mediante procesos químicos.– Bioetanol. Se obtiene por fermentación

alcohólica y posterior destilación y deshidratación de: • Vegetales ricos en almidón: Cereales (trigo,

cebada, maíz, sorgo) y patatas.• Vegetales ricos en sacarosa: remolacha, caña de

azúcar y la melaza.

Plantación de caña de azúcar

• De su procesamiento se obtiene un combustible similar a la gasolina, con la que se puede mezclar tras realizar una adaptación de los motores en los vehículos.

• ¿Balance de las emisiones?

• Biodiésel. Se obtiene a partir de aceites vegetales: colza, girasol, soja, palma, ricino y jatropha.– Tras su tratamiento el líquido resultante puede

utilizarse solo y si refinar en motores diésel que hayan sido preparados para ello, o refinándolo en motores diésel mezclados con otros combustibles fósiles.

Debate social sobre el uso de biocombustibles

• ¿Alternativa para sustituir al petróleo?• Problemas.

– Emisiones.– Excesivo consumo de agua para el riego.– Uso de plaguicidas y pesticidas.– Gasto de combustible para mover la maquinaria

agrícola.– Gasto de combustible para el transporte de la

materia prima a la fábrica.– Consumo energético durante el procesado,

transporte y distribución una vez obtenido.

• Los cultivos alimentarios son sustituidos por cultivos de biocombustible.– Según la FAO y el BM, esto ha provocado un

incremento de los precios de los alimentos entre un 20 y un 50%.

– La carne en Argentina triplicó su precio tras la sustitución de pastos por cultivos de biocombustibles.

– Méjico, tortillas de maíz aumentaron de precio a causa de la compra de maíz mejicano por EEUU para fabricar biocombustiles.

– Incremento en el precio de la pasta italiana y el pan en España.

• Pérdida de biodiversidad.– En muchos países del sur se está llevando a

cabo una intensa deforestación con la finalidad de sustituir el bosque tropical autóctono por cultivos de palma aceitera con la que producir biodiesel.

– Uso de transgénicos en monocultivo: pérdida de biodiversidad y dependencia a las grandes corporaciones que comercializan las semillas.

• Propuestas:– Acortar las distancias entre cultivo y

producción.– No utilizar biocombustibles destinados a la

alimentación humana (biocombustibles de segunda generación 2G).

– Cultivo de algas para producción de biodiésel. En experimentación.

Energía eólica• La humanidad lleva siglos utilizando la energía

eólica (molinos de viento).• Actualmente se utilizan los aerogeneradores

que la convierten en energía eléctrica.• No emite ningún tipo de contaminación y sus

precios han ido disminuyendo en los últimos años.

• Aspectos negativos:– Impacto visual.– Muerte de aves.– Incremento de la erosión

B. Energías independientes de la energía solar

• Energía maremotriz.– Las interacciones del sistema Tierra-Luna-Sol

producen las mareas, de las que se puede obtener energía eléctrica.

– Es una energía limpia y renovable, aunque no es nueva.

– Su funcionamiento es similar al de los embalses hidroeléctricos. Se construye una presa que cierra una bahía y se aprovecha la energía cinética del mar para mover una turbina que hace girar el generador convirtiendo la energía cinética en eléctrica.

Energía geotérmica

• El calor existente en el interior de la Tierra es una fuente de energía.

• En zonas volcánicas se puede usar la energía geotérmica para obtener vapor de agua y agua caliente.

• En algunos lugares hay fuentes geotérmicas que brotan de forma natural.

• En las centrales geotérmicas se introduce agua fría y recoger vapor de agua que sale a presión. El vapor mueve una turbina que hace girar un generador que transforma la energía cinética en eléctrica.

• También se puede aprovechar el agua caliente del proceso para calefacción o agua caliente en los hogares.

• Es limpia pero no es renovable, la energía térmica de los pozos no dura más de 15 años.

El hidrógeno como combustible• El hidrógeno es el gas más abundante en el

universo y es muy abundante en la Tierra. • No se encuentra libre, sino combinado en

forma de agua y otras moléculas.• Es un combustible “eterno” y muy eficiente

(produce el triple de energía calorífica que el petróleo).

• Ej autobuses urbanos movidos por hidrógeno.

• Si bien es cierto que no emite CO2 a la atmósfera. Sin embargo, la mitad del que se extrae en la actualidad se extrae del gas natural en un proceso en el que se libera CO2. También se puede obtener a partir de otros combustibles fósiles (carbón y petróleo) y de la biomasa.

• Por lo tanto su producción implica un consumo de combustibles fósiles y una emisión de dióxido de carbono a la atmósfera.

• El mecanismo ideal para su obtención sería a partir de la electrólisis, que consiste descomponer el agua en sus dos componentes. Para realizar este proceso hay que utilizar electricidad, y si no procede de fuentes renovables no se soluciona mucho el problema. Este método continúa en fase de investigación.

• Otro método en investigación sería la ruptura de la molécula de agua por la acción directa de la luz solar, fotólisis.

• El hidrógeno obtenido se puede quemar, pero el subproducto que se genera no es contaminante, es agua.

• Otra forma de utilización del hidrógeno es en las pilas de combustible.

Energía de fusión nuclear• La fusión es la unión de núcleos ligeros

para dar origen a otro más pesado, liberándose en dicho proceso una enorme cantidad de energía.

• Para que esta reacción pueda producirse los núcleos han de estar mucho más próximos de lo que se encuentran en circunstancias normales, y esto sólo se produce a altas temperaturas.

• Los aspectos teóricos del proceso están mucho más avanzados que los prácticos.

13.5. USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA

• Crisis energética de 1973.• La medida más necesaria es la

disminución en el consumo energético.• No es necesario disminuir la calidad de

vida para ahorrar energía.• Cogeneración: producción combinada de

dos formas útiles de energía (electricidad y vapor de agua) a partir de una única fuente de combustible.

• Medidas:– Aumentar la eficiencia en el sistema eléctrico.– Valoración del coste real de la energía que

consumimos. Valoración del ciclo de vida de los aparatos.

– Valoración de los costes ocultos de la energía. (Contaminación centrales térmicas o nucleares).

– Reducción del consumo en los diferentes sectores. • 40% transporte.• 32% industria.• 16% hogares.

– Medidas de ahorro personales.

13.6. RECURSOS MINERALES• Nuestra sociedad necesita un flujo continuo

de materias primas, paralelo al de energía, entre las que destacan los recursos minerales.

• Dependen de la minería: los metales, la piedra, los ladrillos etc.

• Han sido muy explotados a lo largo de la historia. Muchos han tenido un gran valor estratégico.

• España tiene gran tradición minera.

A. Recursos minerales metalíferos

• Se emplean en la obtención de metales y energía (uranio).

• La industria actual depende de unos 88 minerales diferentes.

• Sólo se utilizan los que están en la corteza continental.

• Yacimiento: lugar donde se encuentran concentrados los minerales.

• Para que un yacimiento sea rentable tiene que tener una proporción elevada de un determinado metal. El mineral es una mena de ese metal.

• Mina: lugar donde se explota un determinado mineral.– A cielo abierto.– Profundas.

• Los metales extraídos no se suelen hallar en estado puro, así que hay que hacer un proceso para extraer el metal.

• Los restos (escorias) se acumulan en montones junto a las explotaciones.

• La explotación de un determinado mineral depende de su interés económico.

• Las reservas (cantidad de mineral cuya explotación se considera económicamente rentable) de determinados minerales varía con el paso del tiempo. Según incrementa la demanda de un metal se incrementa la explotación del mineral.

• Ej explotación del cobre.• Actualmente metales como el cobre, el

plomo o el estaño están siendo sustituidos por diferentes tipos de plásticos.

• Siderurgia: extracción del hierro de los minerales que lo contienen.– Hierro forjado.– Acero.– Acero inoxidable.

El aluminio• Es un metal muy abundante en la corteza

terrestre, sobre todo constituyendo bauxita.• Al principio sólo se obtenía en laboratorio, por lo

que era muy valorado.• Ligero, resistente a la corrosión y fácilmente

reciclable.• Se utiliza para botes de refresco, cables de

transporte eléctrico, aviones etc.

• Impactos ambientales:– Deforestación y pérdida de biodiversidad debidos

a la extracción y el transporte de la bauxita. (Australia, Sierra Leona, Brasil, Indonesia e India).

– Aumento de las diferencias Norte-Sur. El metal se procesa en el Norte y se comercializa allí, mientras que el Sur es el que aporta la materia prima.

– La obtención del aluminio por electrólisis es el proceso tecnológico que más energía consume en el mundo.

La minería• Causa graves impactos ambientales,

principalmente la que se produce a cielo abierto. Se remueven inmensos volúmenes de tierras y, una vez abandonados, los terrenos quedan en una degradación total.

• En España las compañías mineras tienen que hacer una EIA previa y al abandonar la explotación restaurar el paisaje.

B. Recursos minerales no metalíferos

• Minerales utilizados como combustible fósil.

• Minerales usados como fertilizantes.– Fósforo, nitrógeno y potasio.

• Rocas empleadas en la construcción.– Tienen el mayor volumen y peso de todos los

recursos minerales.– Se denominan áridos, y se obtienen de

todos los tipos de rocas conocidas.

• Los más significativos.– Bloques de piedra. (Canteras)– Rocalla. Roca triturada (carreteras,

hormigón…)– Arena y grava.– Cemento (mezcla de caliza y arcilla)– Hormigón.– Yeso.– Arcillas.– Vidrio

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