Energía no renovable se
refiere a aquellas fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza
en una cantidad limitada y una vez consumidas en su totalidad, no
pueden sustituirse, ya que no existe sistema de producción o extracción
viable.
Energía Nuclear
La energía nuclear es la energía
proveniente de reacciones nucleares o de la desintegración de los núcleos de
algunos átomos. Procede de la liberación de la energía almacenada en el núcleo
de los mismos.
Una central nuclear es una central termoeléctrica, es decir,
una instalación que aprovecha una fuente de calor para convertir en vapor a
alta temperatura un líquido que circula por un conjunto de conductos; y que
utiliza dicho vapor para accionar un grupo turbina-alternador, produciendo así
energía eléctrica.
La principal diferencia entre las centrales termoeléctricas
convencionales y las centrales termoeléctricas nucleares es la reacción que
libera la energía necesaria para conseguir la fuente de calor para la
producción del vapor. En el caso de las centrales convencionales, se trata de
la reacción de combustión del carbono (carbón, gas o fuelóleo), en el segundo
de la reacción nuclear de fisión de núcleos de uranio. En este
último caso, la energía liberada por reacción es del orden de millones de veces
superior a la del caso primero, lo que explica el menor consumo de combustible
y producción de residuos, éstos de naturaleza distinta, en una central nuclear
en comparación con una central convencional, a igualdad de potencias de
producción.
La fisión es una reacción en la cual un núcleo pesado, al ser
bombardeado con neutrones, se descompone en dos núcleos, cuyos tamaños son del
mismo orden de magnitud, con gran desprendimiento de energía y la emisión de
dos o tres neutrones. Éstos, a su vez, pueden ocasionar más fisiones al
interaccionar con nuevos núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones y
así sucesivamente.
Este efecto multiplicador se conoce con el nombre de
reacción en cadena. En una pequeña fracción de segundo, el número de núcleos
que se han fisionado libera una energía 106 veces mayor que la
obtenida al quemar un bloque de carbón o explotar un cartucho de dinamita de la
misma masa. Debido a la rapidez a la que tiene lugar una reacción nuclear, la
energía se desprende mucho más rápidamente que en una reacción química.
Si por el contrario se logra que sólo uno de los neutrones
liberados produzca una fisión posterior, el número de fisiones que tienen lugar
por segundo es constante y la reacción está controlada. Éste es el principio
del funcionamiento en el que están basados los reactores nucleares, que son
fuentes controlables de energía nuclear de fisión.
Las reacciones de fisión fueron descubiertas por Otto
Hahn y Fritz Strassman en 1939, y el artífice encargado de la puesta en
práctica de la idea de desarrollar la reacción en cadena fue Enrico Fermi, que
reunía la doble condición de ser un magnífico teórico y un hábil
experimentador. El 2 de diciembre de 1942 consiguió, con su equipo, la reacción
de fisión en cadena autosostenida en la famosa Chicago Pile 1, construida en
una pista de squash bajo las gradas del estadio de fútbol de la Universidad de
Chicago. Se trataba de un apilamiento de aproximadamente 7m × 7m constituido
por bloques de grafito (moderador de neutrones), atravesado de lado a lado por
barras de uranio natural (combustible nuclear) de una pulgada de diámetro.
La energía nuclear supone una buena solución para reducir las emisiones de CO2 a
la atmósfera, ya que no emite este gas contaminante en la generación de
energía, por la torre de refrigeración lo único que sale al exterior es
vapor de agua.
El
combustible utilizado en las centrales de fisión nuclear es el
Uranio-235, que se encuentra en una cantidad del 0,7% de todo el Uranio
disponible en la naturaleza, por lo que partiendo del Uranio-238, no
fisible, este se enriquece para que el contenido de U-235 sea de un 2% a
3%.
En la reacción de fisión, un núcleo pesado (U-235) se divide en dos
núcleos más ligeros al absorber un neutrón, liberándose varios
neutrones, generando una radiación y una cantidad considerable de
energía que se manifiesta en forma de calor. Estos neutrones son
empleados para provocar otra reacción, consiguiendo reiterativamente de
este modo una cadena sucesiva de reacciones de fisión.
El dispositivo encargado de regular las reacciones en un estado
estacionario, que permita mantener un balance equilibrado de las mismas
en la captura y escape de neutrones es llevado a cabo por el reactor
nuclear.
Las centrales nucleares españolas son de tecnología americana,
consumen uranio enriquecido y utilizan agua ordinaria como medio de
refrigeración del reactor y moderador de los neutrones de fisión.
La comunidad Valenciana cuenta con la central nuclear de Cofrentes
dentro de su infraestructura energética, entrando en operatividad
comercial en marzo de 1985, tiene una potencia eléctrica neta de 990,4
MWe y en el 2001 su producción ha sido de 8.587 millones de kWh, con un
factor de disponibilidad del 95,8% (fuente Unesa).
Ciclo de Combustible Nuclear
Los combustibles fósiles
Los combustibles
fósiles son el carbón, el petróleo y el gas natural. Han sido los
grandes protagonistas del impulso industrial desde la invención de la
máquina de vapor hasta nuestros días. De ellos depende la mayor parte de
la industria y el transporte en la actualidad. Entre los tres suponen
casi el 90% de la energía comercial empleada en el mundo.
Un combustible fósil está compuesto
por los restos de organismos que vivieron hace millones de años. El
carbón se formó a partir de plantas terrestres; el petróleo y el gas
natural, a partir de microorganismos y animales principalmente
acuáticos.
La energía se obtiene al quemar
estos productos, proceso en el que se forman grandes cantidades de
dióxido de carbono y otros gases contaminantes que se emiten a la
atmósfera.
Estos combustibles han permitido un
avance sin precedentes en la historia humana, pero son fuentes de
energía que llamamos no renovables. Esto significa que cantidades que
han tardado en formarse miles de años se consumen en minutos y las
reservas de estos combustibles van disminuyendo a un ritmo creciente.
Además, estamos agotando un recurso del que se pueden obtener productos
muy valiosos, como plásticos, medicinas, etc.; simplemente para quemarlo
y obtener energía.
PETRÓLEO
Los yacimientos
petrolíferos se deben a la descomposición de grandes acumulaciones de
restos animales (peces principalmente) y vegetales (algas) reunidos en
el fondo de los mares antiguos; comprimidos por los movimientos
geológicos y sometidos a acciones bacterianas, presiones y
temperaturas elevadas.
El petróleo tal y como mana del
yacimiento tiene pocas aplicaciones. Para obtener a la vez productos de
características precisas y utilizar de manera más rentable las diversas
fracciones presentes en el petróleo, es necesario efectuar una serie de
operaciones que se conocen con el nombre de refino de petróleo. Las dos
operaciones básicas de este proceso son:
-
La destilación: en ella a partir del petróleo bruto, obtenemos toda una gama de productos comerciales que van desde gases y gasolinas a los asfaltos y al coque.
-
Craqueo o pirólisis: como la destilación no puede proporcionarnos más que los productos que estén presentes en el crudo de forma natural, lo cual puede no satisfacer la demanda de un producto concreto, se emplean las técnicas de craqueo y pirólisis que consiste en la rotura de una molécula pesada (por ejemplo fuel) en varias moléculas ligeras, no necesariamente idénticas entre ellas (gasolina y gasóleo).
PARA VER EL PROCESO DE FORMACION DEL PETROLEO
-
Los yacimientos petrolíferos se deben a la descomposición de grandes acumulaciones de restos animales (peces principalmente) y vegetales (algas) reunidos en el fondo de mares antiguos; comprimidos por movimientos geológicos y sometidos a acciones bacterianas, presiones y temperaturas elevadas. El petróleo, tal y como mana del yacimiento, tiene pocas aplicaciones. Para obtener a la vez productos de características precisas y utilizar de la manera más rentable las diversas fracciones presentes en el petróleo, es necesario efectuar una serie de operaciones que reciben el nombre de refino de petróleo. Las dos operaciones básicas de este proceso son:
La destilación: en ella, a partir del petróleo bruto obtenemos toda una gama de productos comerciales que van desde gases y gasolinas a los asfaltos y al coque. Este proceso comienza en unos hornos en los que se eleva la temperatura del petróleo hasta alcanzar los 400º C, a esta temperatura, la mayor parte del petróleo se transforma en vapor. Esta mezcla se hace pasar a través de una columna o torre de fraccionamiento. Los vapores de petróleo, introducidos por la parte baja de la torre, van ascendiendo por distintos pisos, al mismo tiempo que se van enfriando. Este enfriamiento da lugar a que cada uno de los pisos se vaya condensando distintos compuestos, cada uno de los cuales tiene una temperatura específica de licuefacción.
Una muestra de los tipos de productos obtenidos sería:
PRODUCTO PROCESO DESTILACIÓN UTILIDAD Gases Metano, etano, propano, butano Hasta 40 º C Combustibles Naftas (Gasolinas) Pentano, hexano, heptano, octano, nonano 40ºC a 180ºC Combustibles
DisolventesQueroseno Decano- Hexadecano 200ºC a 300ºC Combustibles reactores
CraqueoGasóleo Hidrocarburos de 16 a 25 átomos de carbono 300ºC a 375ºC Combustible Craqueo Fuel Hidrocarburos de 20 a 40 átomos de carbono >= 350º C Combustibles Lubricación Residuos ligeros Vaselina Semisólida Lubricantes Pomadas Residuos pesados Parafinas, alquitranes Sólida Impermeabilización Asfaltos
- La
destilación no puede proporcionarnos más que los productos que estén
presentes en el crudo de forma natural, lo cual puede no satisfacer la
demanda de un producto concreto... Por esta razón se emplean otras
técnicas, una de las usuales es el craqueo o pirólisis,
que consiste en la ruptura de una molécula pesada (por ejemplo, fuel)
en varias moléculas ligeras, no necesariamente idénticas entre ellas
(gasolina y gasóleo).
A principios del siglo XX, aumentó el
consumo de petróleo de forma espectacular, convirtiéndose, el petróleo y
sus derivados, en el principal combustible en el sector de transporte y
uno de los combustibles más importantes en la generación eléctrica.
Las estimaciones de duración de las reservas actuales de petróleo, están en torno a 35 años.
La producción mundial de petróleo ha
presentado muchas variaciones a lo largo de la historia, de la misma
forma que su precio (dólar por barril), incidiendo de forma muy
significativa en la economía mundial.
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. En
1990, por ejemplo, el carbón suministraba el 27,2% de la energía
comercial en el mundo.
El carbón se formó, principalmente,
cuando los extensos bosques de helechos y equisetos gigantes que
poblaban la Tierra hace 300 millones de años, en el periodo Carbonífero
de la era Paleozoica, morían y quedaban sepultados en los pantanos en
los que vivían. Al ser el terreno una mezcla de agua y barro muy pobre
en oxígeno, no se producía la putrefacción habitual y, poco a poco, se
fueron acumulando grandes cantidades de plantas muertas, y por la
acción combinada de la presión y la temperatura, la materia orgánica se
fue transformando en 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.
El carbón es un término muy general que engloba a gran variedad de minerales ricos en carbono.
El
carbón se compone principalmente de Carbono, aunque también contiene
Hidrógeno, Oxígeno y una cantidad variable de Nitrógeno, Azufre y otros
elementos.
Existen distintos tipos de carbón que se pueden clasificar en dos grandes grupos:
- Carbones duros: totalmente carbonizados, entre los que están la antracita y la hulla.
- Carbones blandos: pertenecen a épocas posteriores al carbonífero y que no han sufrido proceso completo de carbonizados . Entre ellos están los lignitos, pardos y negros y la turba.
- Antracita: son los de mayor calidad, contienen del 85% al 98% en peso de carbono.
- Hullas: dentro de esta clasificación aparece una amplia gama de carbones cuyo contenido en carbono abarca desde el 40% hasta el 85%.
- Lignitos: son los de peor calidad, con contenidos en carbono inferior al 40%.
- Turbas: No se consideran carbones según la ASTM (American Society for Testing and Materials), tienen un contenido en humedad muy alto (90%).
Históricamente el carbón fue la fuente
que impulsó la primera fase de la industrialización. A partir del
principio del siglo XX ha sido paulatinamente sustituida por el
petróleo.
Las estimaciones de duración de las reservas actuales de carbón, están en torno a 300 años.
Actualmente se utiliza para la producción eléctrica, la industria siderúrgica y la calefacción.
El carbón presenta un factor de emisiones de CO2 muy elevado, así como de SO2, NOx y partículas en suspensión. La combinación de SO2 y NOx produce la lluvia ácida
GAS NATURAL
Aunque como gases naturales pueden clasificarse todos los que se encuentran de forma natural en la Tierra desde los constituyentes del aire hasta las emanaciones gaseosas de los volcanes, el término "gas natural" se aplica hoy en sentido estricto a las mezclas de gases combustibles hidrocarburados o no, que se encuentran en el subsuelo donde, en ocasiones aunque no siempre, se hallan asociados con petróleo líquido.
El principal constituyente del gas
natural es siempre el metano, que representa generalmente entre el 75 y
el 95% del volumen total de la mezcla. Los hidrocarburos gaseosos que
suelen estar presentes, etano, butano y propano aparecen siempre en
proporciones menores.
En un principio no era usado, al
no ser fácil de transportar y almacenar como el petróleo. El gas natural
aparecía en casi todos los yacimientos petrolíferos, se quemaba a la
salida del pozo como un residuo más.
La necesidad de nuevas fuentes
energéticas hizo descubrir nuevos yacimientos que poseían enormes
reservas de gas natural. Pero seguía existiendo el problema de su
transporte y almacenamiento. Este problema quedó resuelto mediante la
creación de la cadena del gas natural licuado (GNL). De forma
esquemática consta de los siguientes pasos:
- Transporte del gas desde los yacimientos hasta la costa, por medio del gasoducto. Éste también puede unir los yacimientos con los puntos de consumo.
- Licuación del gas, para ello se enfría hasta 147 K.
- Transporte marítimo del GNL en buques metaneros.
- Recepción del GNL en las instalaciones portuarias del país importador y regasificación inmediata, seguida de distribución comercial por tuberías.
Es el combustible natural más limpio en términos de contaminación:
- Produce la menor cantidad de CO2 por unidad energética de todos los combustibles.
- No contiene azufre, por tanto no aparece SO2 en la combustión.
- No se producen partículas sólidas.
- La tecnología desarrollada para la combustión del gas natural disminuye la formación de óxidos de nitrógeno.
- En todas sus aplicaciones industriales el rendimiento es elevado con lo que disminuye el consumo de energía primaria.
PROCESO DE FORMACION
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