RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINERALES

1. RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINERALES

2. 1. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA Las primeras fuentes de energía utilizada fueron el fuego y los animales de carga. Posteriormente se añade la hidraulica( corrientes y saltos de agua) y eólica ( molinos y barcos) La primera gran innovación fue el uso de la presión de vapor para mover telares y locomotoras. Inicialmente era la madera el combustible y luego el carbón y petroleo.

3. 2. USOS DE LA ENERGÍA • CONCEPTOS ENERGÉTICOS. - CALIDAD ENERGÉTICA. Depende de la capacidad de producir trabajo útil por unidad de masa y volumen. Desde muy alta como el petróleo y la nuclear, hasta la de baja . • RENTABILIDAD. Depende de la accesibilidad, facilidad de explotación y transporte, etc. • RENDIMIENTO. Relación entre la energía suministrada y la que obtenemos en %. • COSTE ENERGÉTICO. Precio que pagamos por utilizar la energía secundaria. En los recibos se paguen costes ocultos como la construcción de la central, mantenimiento, desmantelamiento, almacenamiento de residuos, subvenciones a las renovables, etcétera.

4. SISTEMAS ENERGÉTICOS • Conjunto de procesos realizados sobre la energía desde sus fuentes originarias hasta su uso final. • FASES. 1ª) Extracción de la energía primaria del medio natural. 2ª) Transformación de la energía primaria en secundaria que se puede utilizar. 3ª) Transporte de la energía secundaria hasta la zona de consumo. 4ª) Utilización de la energía secundaria.

5. 3. RECURSOS ENERGÉTICOS • FUENTES DE ENERGÍA PRIMARIA La mayoría tiene como origen el Sol. La energía solar indirecta( a partir del calor) origina la eólica, hidraúlica y mareomotriz Energía solar directa ( a partir de la luz) origina la de biomasa la solar fotovoltaica. Energía solar directa ( a partir de la temperatura), origina la solar térmica. A partir de procesos radiactivos naturales obtenemos energía geotérmica y artificiales energía nuclear Inicialmente los vegetales con la fotosíntesis fabrican materia orgánica que al sepultarse en condiciones anaerobias origina combustibles físiles: carbón, petroleo, gas.

7. TIPOS DE RECURSOS ENERGÉTICOS • ENERGÍAS RENOVABLES. Se consumen mas lentamente que la capacidad de su fabricación. Suelen ser más limpias, no generan residuos. Es una energía autóctona, no se depende del exterior y cada país utiliza la mas adecuada para su zona. Diversifica el uso de energías. Pero tienen inconvenientes ya que no son fuentes permanentes y son difíciles de acumular Hidraúlica, eólica, biomasa, solar, geotérmica, mareomotriz • ENERGÍAS NO RENOVABLES. Se consumen más rápido que se capacidad de formación. Es una energía sucia, ya que produce contaminantes. Son fuentes muy localizadas y genera dependencia del exterior a los países. Carbón, petróleo, gas y nuclear

8. 4. CARBÓN • FORMACIÓN. A partir de restos vegetales que se acumulan en zonas continentales pantanosas. Debido al enterramiento( altas presiones y temperaturas) y las condiciones anaerobias, las bacterias transforman la materia orgánica en carbón , dióxido de carbono y metano. Estos gases forman el grisú que se libera por las fisuras en los procesos de extracción.

9. TIPOS DE CARBÓN

10. YACIMIENTOS. LOCALIZACIÓN La mayoría se encuentran en el hemisferio norte. Proceden de la era primaria ( carbonífero y pérmico) y de la era secundaria ( triásico, jurásico, cretácico) Se encuentran a distinta profundidad y rodeados de distintos materiales que condicionan su explotación. Se realiza mediante minas subterráneas o a cielo abierto.

11. USOS . INCONVENIENTES • USOS. La mayoría para generar electricidad en centrales térmicas, donde el calor es utilizado para producir vapor de agua e impulsar las turbinas de un generador eléctrico, transformando la energía mecánica y electrica También se utiliza para obtener gas ciudad , plásticos y fibras sintéticas. • INCONVENIENTES. Combustible sucio ya que emite dióxido de carbono, gases de azufre, aunque ahora se desarrollan tecnicas de triturado y lavado para reducir los niveles de azufre. Es el principal causante de la lluvia ácida e influye en el efecto invernadero. Se calculan las reservas para unos 200 años.

13. 5. PETRÓLEO • CONCEPTO. FORMACIÓN Líquido de color oscuro, mas ligero que el agua y aspecto oleoso, formado por una mezcla de hidrocarburos sólidos , líquidos y gaseosos Se forma a partir de la muerte de plancton marino, por efectos de la temperatura y cambios en la salinidad del agua, que se acumulan en el fondo junto a barros y arenas, formando un barro rico en materia orgánica llamado sapropel o protopetróleo. En condiciones anaerobias y por efecto de presión y temperaturas, la materia orgánica por fermentaciones se transforma en hidrocarburos y los restos sedimentarios forman la roca madre, que queda impregnada de hidrocarburos

14. MIGRACIÓN Y ACUMULACIÓN Al ser un líquido se mueve a traves de fracturas y rocas porosas y como presenta baja densidad tiende a ascender a la superficie, dejando en su camino un residuo sólido, denominado pizarras bituminosas. En su ascenso puede encontrar una capa impermeable y se acumula , impregnando la roca porosa cercana que se llama roca almacén . En esta trampa de petróleo se dispone el metano arriba, el petróleo debajo y por debajo de esta agua salada.

16. OBTENCIÓN. TRANSPORTE. Se perfora y la presión de los gases disueltos ayuda a salir. Si la presión no es suficiente, se inyectan fluidos a presión y se extrae por bombeo Al estar los yacimiento alejados de las zonas de consumo se transporta con petroleros y oleoductos

17. TRATAMIENTO. PRODUCTOS El proceso que se realiza es un refinado, que consiste en una destilación fraccionada. En esta se eleva progresivamente la temperatura y se van separando sus componentes según el punto de ebullición. Primero se separan los productos gaseosos , metano, propano, butano , que forman el gas natural o se comercializan de forma independiente y se utilizan como combustible Posteriormente los líquidos que forman gasolina( coches), queroseno ( combustible de aviones), gasóleo( coches y calefacción), fuel (combustible de centrales térmicas) Finalmente los sólidos asfaltos y betunes que se utilizan para fabricar alquitranes, lubricantes, parafinas, plásticos, vaselinas, pavimentos impermeabilizantes, coque (carbón) • INCONVENIENTES Agotamiento de recursos , y yacimientos dispersos y en paises conflictivos. El transporte puede generar desastres naturales como la marea negra. Su combustión es la responsable de la mayor cantidad de gases de carbono y azufre en la atmósfera y por tanto del efecto invernadero

18. FRACKING. FRACCIÓN HIDRAULICA Es una técnica que se utiliza para extraer el gas y el petróleo que se encuentra impregnado en rocas profundas. Se inyecta agua a presión mezclada con arena y productos químicos, a unas profundidades de 1.500 - 3000 m ,se produce una fractura de la roca y se recupera el gas y el petróleo impregnado en las rocas, hasta ahora inaccesibles. Con este método existen riesgos de microsismos y contaminación de acuíferos

19. 6. GAS NATURAL • FORMACIÓN . TRANSPORTE. Su origen es similar al petróleo, pero con las condiciones de presión y temperatura más altas. Es una mezcla de gases como el metano, butano, propano, hidrógeno. Se transporta en gaseoductos y barcos metaneros. Tiene la ventaja de que se puede enfriar por enfriamiento( - 160º), se reduce su volumen y se transporta en depósitos especiales. • USOS. VENTAJAS. Es una importante fuente de calor en cocinas, calefacción y electricidad, también se utiliza como combustible en coches. Se extrae fácilmente al perforar, se transporta más fácilmente. Es el combustible fósil menos contaminante, menos gases de carbono y de nitrógeno y casi nada de gases de azufre.. Existen más yacimientos que de petróleo y más dispersos, presenta mayor poder calorífico que carbón y petróleo.

20. 7. ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN. • HISTORIA Becquerel descubre la propiedad de algunos elementos como el U,Tr, Rd, que emiten radiaciones sin ser excitados previamente. En 1902 Rutherford demuestra que la emisión de radiación provocaba que un elemento químico se transformase en otro de forma espontánea

21. PROCESO Se bombardean isótopos como el uranio con neutrones, para dividir el núcleo y obtener energía. Un átomo de uranio se desintegra en elementos más ligeros y neutrones. Al perderse parte de la materia , se origina mucha energía. Además los neutrones obtenidos estimulan a otros átomos de uranio, dándose un reacción en cadena. La liberación incontrolada de energía origina una explosión nuclear. Si esto se realiza en un reactor nuclear , se controla la energía y se utiliza para producir electricidad. El control se hace introduciendo barras con elementos moderadores como el boro y cadmio, que absorben los neutrones, así se controla la cantidad de energía liberada en cada momento

22. COMBUSTIBLE NUCLEAR • URANIO Es un metal abundante ( Austalia, Canadá, Rusia, Brasil, Namibia) El uranio se extrae, se tritura y se obtiene una masa sólida (tortilla amarilla). Este no se puede utilizar directamente, ya que solo contiene un 0,7% de U235 fisionable el resto es U238. Se necesita un enriquecimiento de al menos un 3% de U235 ( entre un 3y un 5%). Para su enriquecimiento se trata con hexafluoruro de uranio (gas) y posteriormente se centrifuga. Una vez enriquecido se transforma en un polvo de dióxido de uranio en pastillas a 1700º. Si se enriquece hasta el 90% se puede utilizar para bombas de uranio. El U238 liberado en el proceso de enriquecimiento se usa para balas antiblindaje. Las pastillas se unen en una varilla de circonio y estroncio formando el combustible. El U235 que se utiliza en el reactor, libera un 96% de uranio, 1% de plutonio (que se podría utilizar para bombas de plutonio)y el resto desechos radiactivos. Se cree que futuras centrales de 4ª generación, podrían utilizar como combustible U238 y Pu239 • TORIO Podría ser el combustible del futuro, es más abundante, es más estable y se controla más fácilmente la reacción en cadena

25. CENTRAL NUCLEAR El núcleo del reactor está protegido por un edificio de hormigón armado y el interior recubierto de acero. Elementos controladores con las barras. Circuito de refrigeración que extrae el calor del reactor para producir vapor de agua que mueve unas turbinas acopladas a un generador de corriente Para evitar que la radiactividad salga al exterior. El circuito primario, en contacto con el material radiactivo, no sale de la vasija principal del reactor. Un circuito de refrigeración secundario enfría el primario, originando vapor que es el que genera electricidad. Un circuito terciario licua el vapor de agua; este utiliza el agua de un río

27. VENTAJAS Necesita poco combustible. El uranio es barato y se encuentra en países poco conflictivos. Alto poder energético. Una pastilla de 5 gramos, equivale a 810 Kg de carbón, 562 litros de petróleo y 480 m3 de gas. No libera gases de carbono ni de azufre. No genera tanta dependencia energética de otros países. El kw/ es más barato . Una central nuclear puede funcionar todo el año • DESVENTAJAS Contaminación térmica del agua de ríos y lagos, utilizados en su refrigeración. Durante la fase de extracción, enriquecimiento y utilización aparecen isótopos radiactivos que son peligrosos. Hay riesgos de sabotajes y accidentes en el reactor.. Riesgo de fabricar bombas. Residuos nucleares que mantienen su actividad unos 10.000 años. Han de almacenarse en lugares seguros. Todavía tienen una vida corta, aunque ya se alcanzan 40 años y se pretende llegar a los 60

28. SOLUCIONES Control automático, para evitar errores humanos. Doble pared alrededor del reactor. Mayor regulación en la gestión de residuos. Los países están buscando lugares adecuados para almacenar definitivamente los residuos, que de momento se encuentran en las piscinas de las propias centrales, o cuando estas están llenas en depósitos temporales. Usar combustibles más seguros como el torio. • USOS Generar electricidad. Utilizarlas para originar hidrógeno, para las pilas de hidrógeno. Los residuos como el plutonio se pueden utilizar para fabricar bombas sucias. Las medidas de seguridad y el agotamiento de los combustibles fósiles , puede potenciar de nuevo esta energía.

29. 8. ENERGÍA HIDROÉLETRICA • FUNCIONAMIENTO Utiliza la energía potencial del agua que desciende por gravedad para producir energía. Un embalse almacena agua que canaliza a través de una tubería hacia el edificio de la central, donde las turbinas impulsan un generador que produce energía electrica.

30. VENTAJAS Es renovable, limpia y autóctona. Bajo coste de explotación, el coste de combustible es nulo. Al mismo tiempo el embalse utilizado es un almacen de agua. Existen centrales con turbinas que bombean de nuevo el agua al embalse con poco coste eléctrico, de esta forma se puede embalsar el agua de nuevo . • INCONVENIENTES Las debidas a la construcción de un embalse y la inundación de grandes áreas, impacto medioambiental. Son trampas de sedimentos que no llegan a la desembocadura afectando a los deltas y las barras costeras. Los sedimentos pueden acabar colmatando la presa. Interrumpe el cauce del río. Impacto visual no solo por la presa, también por los tendidos eléctricos. Riesgo de rotura. No es constante dependiendo del clima y las lluvias.

31. FUTURO Para reducir el impacto y el coste de una central de pie de presa, en muchos lugares se opta por minicentrales tipo fluyente. El impacto es menor, pero el rendimiento también. En estas no existe embalse , se hace un pequeño dique o se desvía parte del río y se hace pasar por una minicentral, se obtiene energía y el agua vuelve al cauce. Tienen un impacto menor, no interrumpe el cauce y al estar cercanos los puntos de consumo los tendidos eléctricos disminuyen. Tienen menos rendimiento y necesitan caudal constante

32. 9. ENERGÍA EÓLICA. • CONCEPTO. FUNCIONAMIENTO. El sol calienta masas de aire que pierden densidad, formandose zonas de distinta presión, lo que provoca desplazamientos de masas de aire. Se utilizan unos aerogeneradores con enormes palas que se mueven, están acopladas a un generador que produce electricidad.

33. USOS Y TIPOS A veces se instalan aerogeneradores aislados , para suministrar electricidad a lugares de difícil acceso, casas aisladas, pozos para bombear agua, equipos desaladores etc. En grupos para electrificar zonas rurales aisladas. Grandes parques eólicos que normalmente exportan su electricidad a los grandes centros urbanos

34. También se construyen parques eólicos marinos, aprovechando que el viento circula con más fuerza y regularidad. Estos tienen grandes costes de fabricación y explotación , ya que necesitan costas poco profundas, fuertes cimientos y cableados submarinos para llevar la electricidad a la costa. Son importantes para países densamente poblados.

35. VENTAJAS Es energía limpia e inagotable. Bajo coste de instalación y mantenimiento, salvo los parques eólicos marinos. Contribuye a reducir el consumo de combustibles fósiles y no depende de flutuaciones del mercado. No interfiere en exceso en otras actividades como las agrícolas y ganaderas. Son instalaciones desmontables. Beneficio económico para algunas poblaciones. • INCONVENIENTES No es una fuente de energía constante, ya que depende de que sople viento suficiente en cantidad e intensidad. Además es difícil de almacenar. Impacto visual ( menor en los marinos por la lejanía), contaminación acústica, riesgo para las aves y en los marinos problemas para la pesca, y los movimientos migratorios de algunos peces. Puede generar interferencia en radares y transmisiones de televisión. Ocupación del terreno

36. 10. ENERGÍA SOLAR • ARQUITECTURA SOLAR O PASIVA Consiste en hacer las construcciones aprovechando las condiciones naturales de la zona: Orientación sur con grandes ventanales para aprovechar mas horas de luz y ahorrar calefacción. Muros que permiten la acumulación del calor o impedirlo. Materiales aislantes: Dobles ventanas, vidrio con camara aislante, fibra de vidrio, fibra expansiva. Sombra con persianas, toldos, porches, aleros. Ventilación realizando edificios abiertos que puedan crear corrientes de aire. Materiales que produzcan radiación nocturna: Pizarra, caliza, yeso, madera, cerámica( guarda el calor en invierno y lo expulsa en verano) Vegetación que provoca una disminución de temperatura al retener el agua que libera lentamente, produce sombra y protección del viento. Masas de agua próximas para favorecer las brisas.

37. Por tanto la arquitectura solar pasiva utiliza la energía solar directamente sin ninguna transformación. La arquitectura solar activa utiliza dispositivos como paneles solares colectores de agua ,etc para aprovechar mejor la energía solar.

38. ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA Utilizan paneles solares formados por células generalmente de silicio ( material semiconductor), llamadas células solares, al que se añaden cantidades pequeñas de otros materiales ( F, Be) que impurifican la zona superficial. Esta disposición crea una diferencia de potencial entre ambas zonas y se genera electricidad. Estan formados por las células fotovoltaicas que forman las placas, un regulador de la carga y descarga de la batería y la batería que almacena energía. Poco a poco han ido mejorando los materiales para alcanzar un mayor aprovechamiento de la luz solar y organizando las células fotovoltaicas de otra forma.. Los primeros solo aprovechaban el 15% posteriormente se alcanza el 25%.

39. USOS Aplicaciones específicas como señalizaciones, faros, teléfonos, relojes, calculadoras, sistemas de depuración de aguas, riego por goteo, naves agrícolas… Como fuente de energia para nuestros hogares. Apoyo a la red general para obtener energía en forma de grandes parques solares

40. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Se basa en captar por medio de colectores solares la radiación solar para calentar un líquido , generalmente agua. Suelen utilizarse unos colectores planos fabricados de distintos materiales ( acero, cobre, alumino, plástico) que se conectan a un circuito hidraulico y se calienta agua. Se usa para obtener agua caliente para uso doméstico y calefacción, climatización de edificios, invernaderos y secaderos, piscinas.

41. ENERGÍA SOLAR TERMOELECTRICA Se concentra la luz solar por espejos o heliostatos cilíndricos o discos parabólicos, sobre un receptor situado en una torre. Se alcanzan temperaturas superiores a 600ºC que se utiliza para calentar un fluido y generar vapor , que mueve una turbina y produce electricidad.

42. VENTAJAS Autóctona, inagotable y limpia. Independencia del exterior. Permite obtener energía en lugares de difícil acceso. Mantenimiento barato. No ocupa mucho territorio y por tanto no presenta mucho impacto ecologico No hay residuos. • INCONVENIENTES Irregular y dispersa. Su almacenamiento debe mejorar. Puede producir impacto visual. Agentes químicos utilizados en paneles y acumuladores Si, Cd, Pb.

43. 11. ENERGÍA DE BIOMASA • CONCEPTO. BIOMASA UTILIZADA. Energía contenida en ´la materia orgánica que componen los seres vivos, al romper sus enlaces y liberar energía. • BIOMASA NATURAL. Extraída de los ecosistemas: Leña de podas, talas, clareos. Procedente de biocultivos, al cultivarse especies con este objetivo. Estas deben cumplir unas condiciones: Alto rendimiento energético( cereales, remolacha), crecimiento rápido, crecimiento en suelos y climas difíciles ( cardos, chumberas) • BIOMASA RESIDUAL. Procedentes del sector primario: Forestal, agrícola, ganaderos( rastrojos, paja, hojas, corteza, cáscaras, estiércol, purines. Procedentes del sector secundario: Transformaciones de la madera ,papel, aceitunas, azúcar, vino ( huesos, melaza, hollejos), cáscara,serrín, corcho. Procedente del sector terciario: Urbana ( RSU, lodos de depuradoras)

45. MÉTODOS DE CONVERSIÓN • COMBUSTIÓN Oxidación completa de la biomasa liberándose agua y dióxido de carbono y puede usarse en calefacciones • PIROLISIS. Combustión incompleta en ausencia de oxígeno y a temperaturas cercanas a 500º. Se obtiene carbón vegetal y gas pobre que es una mezcla de dióxido de carbono, hidrógeno e hidrocarburos ligeros, con poco poder calorífico. • BIOLÓGICOS Las bacterias y levaduras realizan fermentaciones y se obtienen biocombustibles.

46. PRODUCTOS • COMBUSTIÓN DIRECTA DE LA BIOMASA. Arde en presencia de oxígeno y se obtiene energía calorífica para: Estufas y chimeneas. Plantas e instalaciones industriales. El calor obtenido se usa para producir vapor de agua que mueve unas turbinas que activan generadores eléctricos. Sistemas de calefacción y agua caliente.

47. GAS POBRE O GASÓGENO Se somete la biomasa a una pirolisis a altas temperaturas y poco oxígeno, obteniéndose una mezcla de dióxido de carbono, hidrógeno e hidrocarburos ligeros. Se utiliza como combustible pero tiene poco poder calorífico

48. BIOGAS Restos de biomasa ( RSU, lodos, estiercol…) sometidos a una descomposición anaerobia en unos digestores, obteniéndose una mezcla de gases con un 65% de metano. Este gas se utiliza para suministrar calor y luz a explotaciones ganaderas y agrícolas Se utiliza también para cocinas, calentadores, motores. Es muy importante su obtención en vertederos en pozos de desgasificación que captan los gases por tuberías y lo llevan a una central para tratarlo reducir los compuestos indeseables y utilizarlo o distribuirlo

49. BIOETANOL Es un alcohol obtenido a partir de materia orgánica que contenga azucares( caña, remolacha, maíz, trigo, cebada y otros materiales ricos en celulosa.. Son procesos de fermentación realizados por levaduras en los que se obtiene etanol y dióxido de carbono. Se usa como combustible en motores de gasolina. En España se utiliza para añadirlo a la gasolina para aumentar los octanos, evitando así añadir sales de plomo. Es menos volatil y corrosivo y mas miscible en la gasolina. Si se añade un 5% de bioetanol, no es preciso modificar los motores, por encima del 10% es necesario. En Brasil se utiliza directamente en motores especiales. Presenta algunas desventajas: Reduce la potencia del motor, aumenta ligeramente el consumo de gasolina, aumenta la corrosión de las partes metálicas

50. BIODIESEL Es una mezcla de esteres de fuentes naturales( girasol, colza, soja, palma) o de aceites usados. Se hacen reaccionar los aceites con metanol a 60º y se emiten el metilester mas glicerina. Se utiliza como combustible en motores diesel solo o mezclado con gasóleo, por tanto no es necesario modificar motores. Presenta algunos problemas frente al diesel: Aumenta ligeramente el consumo de combustible, disminuye un 5% la potencia, hay que reponer los aceites lubricantes con más frecuencia, cuesta un poco mas arrancar en invierno Tiene la ventaja de que no emite SO2 y disminuye la contaminación de partículas