Lección 2007

COLECCIN LECCIONES INAUGURALES

CAMBIO CLIMTICO ALTERNATIVAS ENERGTICAS

JOS A. BAENA GMEZ

I.E.S.PADRE MANJN GRANADA 2007

Jos A. Baena Gmez

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Cambio climtico. Alternativas energticas

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La estabilidad de los climas tiene una validez limitada en el tiempo, como lo demuestran gran cantidad de indicios, por ejemplo: 1) Existencia de pinturas rupestres con escenas propias de clima de sabana y que se han encontrado en el Sahara actual. 2) Fsiles de una vegetacin de climas glaciares en zonas actualmente clidas, etc. Sin embargo no fue hasta los aos 1840-50 cuando se establecieron argumentos claros y precisos de la existencia de las glaciaciones a las que ha estado sometida la Tierra en diversos momentos de su historia geolgica. Causas de los cambios climticos:

A.- Causas naturales:

A.1 Oscilaciones climticas debidas a los ciclos astronmicos. A.2 Crisis climticas debidas a fenmenos catastrficos: erupciones volcnicas. A.3 Influencia de los continentes y los ocanos por los movimientos de las placas litosfricas.

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A.4 Cambios de intensidad del efecto invernadero B.- Causas debidas a la actividad humana.

A.- Causas naturales: A.1 Oscilaciones climticas debidas a los ciclos astronmicos Variaciones en la emisin de la radiacin solar. La radiacin emitida por el Sol presenta variaciones cclicas de dos tipos:

Existe un ciclo cada 11 aos en el que el Sol pasa de no tener ninguna caracterstica manifiesta en su fisonoma externa a presentarse con unas manchas oscuras (las manchas solares).

Hay un ciclo solar ms largo, de 80 a 100 aos y que por tanto engloba al ciclo anterior, en donde en las fases menos intensas la radiacin que recibe la Tierra es menor que en otras fases de mayor intensidad. Excentricidad de la rbita terrestre alrededor del Sol. La rbita terrestre alrededor del Sol cambia de ser casi esfrica a tener una forma ms elptica, con un perodo aproximado de 90.000 a 100.000 aos. En los casos de mxima excentricidad, la Tierra est en determinadas posiciones ms cerca del Sol (Perihelio) y en otras ms alejado (Afelio). Sin embargo, no parece tener una gran repercusin sobre la cantidad total de energa recibida en la Tierra, ya que slo vara en los casos extremos del orden del 0,1%. Inclinacin del eje de la Tierra. Vara con un ciclo de unos 40.000 aos, oscilando entre un valor mximo de 24,4 y un valor mnimo de 21,8 (en la actualidad la inclinacin es de 23,4).


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Esto tiene repercusin sobre la radiacin solar recibida en las diferentes estaciones: se tendrn inviernos fros y veranos calurosos cuando la inclinacin es mxima, y contrastes ms suavizados cuando la inclinacin es mnima. Movimiento de precesin. Lentsimo balanceo de nuestro planeta durante el movimiento de traslacin. El eje de los polos terrestres va describiendo un cono de 47 de abertura cuyo vrtice est en el centro de la Tierra. Hace unos 13.000 aos, cuando la Tierra estaba ms prxima al Sol (perihelio), era verano en el hemisferio norte, y no invierno como ahora. Una vuelta completa de este movimiento de precesin tiene una duracin de 26.000 aos. El efecto combinado de los tres ciclos produce cambios en la distribucin del calor entre las distintas latitudes y las distintas estaciones del ao. Basndose en datos astronmicos y geolgicos, Milankovich, en 1970 estableci una teora astronmica sobre las glaciaciones. El Cuaternario comenz hace unos 1,6 millones de aos. Este perodo de tiempo se divide en dos pocas, el Pleistoceno y el Holoceno (desde hace unos 8.000 de aos hasta la actualidad). Durante el Pleistoceno hubo varios perodos glaciares. Entre estos episodios hubo un corto perodo interglaciar, ms o menos clido. En el Cuaternario hubo cuatro periodos glaciares, estando actualmente en un perodo interglaciar que empez hace unos 8.000 aos, con el comienzo de lo que llamamos Holoceno. A.2 Crisis climticas debidas a fenmenos catastrficos: erupciones volcnicas. Las erupciones volcnicas expulsan a la atmsfera terrestre enormes cantidades de partculas y gases. Las partculas slidas de tamao pequesimo (aerosoles) pueden atravesar la troposfera y alcanzar la estratosfera. Estas pueden permanecer mucho tiempo en la estratosfera (entre 1 y 12 aos).

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Su efecto sobre el clima es bloquear parte de la radiacin solar, de tal manera que esta radiacin no puede acceder a niveles ms bajos, ya en la troposfera, provocando un enfriamiento de la superficie terrestre. Sobre la importancia de estos fenmenos, la opinin de algunos cientficos es que no es demasiado grande en los grandes cambios climticos, ya que la presencia en la atmsfera de estas partculas volcnicas es demasiado corta como para producir anomalas trmicas persistentes. Otros autores sin embargo s le conceden una gran importancia a este fenmeno. A.3 Influencia de los continentes y los ocanos por los movimientos de las placas litosfricas La teora de la tectnica de placas nos dice que las placas se mueven unas en relacin a otras, de tal manera que la configuracin de continentes y ocanos vara a lo largo del tiempo geolgico. Al separase zonas continentales y dejar por medio una cuenca ocenica (por Ej., el Atlntico), se producen corrientes ocenicas que influirn en el clima de las diferentes costas por las que pasan. En la conjuncin de masas continentales habr una mayor aridez del clima, ya que al ser extensas zonas continentales y no haber masas ocenicas de por medio, el aire ser menos hmedo y se formarn menos masas nubosas, sobre todo si el aire sopla desde el interior de este gran continente. A.4 Cambios de intensidad del efecto invernadero Cambios producidos en la vegetacin terrestre y en los organismos acuticos fotosintticos, as como cambios en las circulaciones ocenicas, modificarn la composicin de la atmsfera en algunos gases como el CO2, cuya intervencin es bsica en el efecto invernadero. Una disminucin de este gas, provoca un menor efecto invernadero, y por tanto un enfriamiento de la superficie de la Tierra y del aire troposfrico. Un aumento del CO2, provoca un mayor calentamiento de la superficie de la tierra y un clima ms clido.


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B.- Causas debidas a la actividad humana. Las actividades humanas que ms influyen en la atmsfera inferior (troposfera) y por tanto influyen sobre el clima son: la quema de combustibles fsiles y la deforestacin: La combustin de los carburantes fsiles en centrales trmicas, automviles, calefacciones de gasoil, etc., expulsa partculas y gases que alteran la composicin de la atmsfera.

La atmsfera est acumulando ms de 2 ppm (partes por milln) de CO2 al ao. Los niveles actuales de CO2 son los ms altos de los ltimos 650.000 aos. Segn la opinin de los expertos, las emisiones de CO2 a la atmsfera, se han incrementado del orden de un 30% desde el comienzo de la Revolucin Industrial. Si no se interviene radicalmente se sobrepasarn las 500 ppm hacia 2050. Es posible que los casquetes polares empiecen a deshelarse muy deprisa con 440 ppm de CO2, y dado que la atmsfera ya contiene 380 ppm, cabe pensar que la catstrofe ambiental puede resultar inevitable de aqu a 20 aos si las cosas no cambian. Veamos un ejemplo: Glaciar Sunset (Alaska). Agosto 1939 y sesenta y cinco aos ms tarde. Los ocanos y las plantas ayudan a disminuir los efectos de esta aportacin, extrayendo del aire una parte de este CO2, pero las concentraciones de CO2 siguen aumentando, con su efecto sobre el calentamiento global de la tierra.

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De hecho, la mayora de los expertos estn de acuerdo en que la temperatura de la tierra ha subido al menos 0,6 C en los ltimos 120 aos, por culpa, en gran parte, de la quema de combustibles fsiles. La deforestacin afecta al clima mundial de dos maneras: alterando la composicin de la atmsfera e influyendo en el ciclo hidrolgico y en las condiciones locales del suelo.

- La conversin de bosques en campos de labor elimina rboles que absorberan CO2 de la atmsfera, con lo cual se incrementa el efecto invernadero. - La destruccin de la selva hace que disminuya la evapotranspiracin, la humedad atmosfrica, la cantidad de lluvias locales y el nivel de las aguas subterrneas, aumentando por el contrario la escorrenta superficial y la erosin. El efecto invernadero La radiacin que proviene del Sol es, predominantemente, de onda corta. Esta es absorbida y emitida de nuevo desde el suelo y los ocanos hacia la atmsfera en forma de radiacin infrarroja de onda larga (casi toda en la banda de 4-50 micrmetros). El vapor de agua, el dixido de carbono (CO2) y otros como el metano (CH4), xido nitroso (N2O) y ozono troposfrico (O3) son opacos a la radiacin infrarroja, y sin embargo son transparentes a otro tipo de radiaciones. Esta radiacin infrarroja absorbida y convertida en calor es reemitida, una parte hacia el espacio y otra, la mayora, hacia la


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superficie (contrarradiacin) provocando el llamado efecto invernadero por el que la temperatura media de la superficie es de unos 15 C. De no ser as la temperatura sera de -18 C. Contribucin al calentamiento de los gases emitidos fundamentalmente por accin humana:

GAS FUENTE EMISORA TIEMPO DE VIDA CONTRIBUCION AL CALENTAMIENTO (%)

Dixido de carbono (CO2)

Combustibles fsiles, deforestacin, destruccin de suelos

500 aos 54

Metano (CH4) Ganado, biomasa, arrozales, escapes de gasolina, minera

7 - 10 aos 12

Oxido Nitroso (N2O) Combustibles fsiles, cultivos, deforestacin

140 - 190 aos 6

Clorofluorocarbonos (CFC 11,12)

Refrigeracin, aire acondicionado, aerosoles, espumas plsticas

65 - 110 aos 21

Ozono y otros Fotoqumicos, automviles, etc. horas - das 8

Por lgica muchos cientficos piensan que a mayor concentracin de gases con efecto invernadero se producir mayor aumento en la temperatura en la Tierra. Estudios ms recientes sugieren que el calentamiento se producira ms rpidamente sobre tierra firme que sobre los mares. Al principio los ocanos ms fros tendern a absorber una gran parte del calor adicional retrasando el calentamiento de la atmsfera. En la actualidad el IPCC (Grupo de Expertos Intergubernamental sobre Cambio Climtico) predice un calentamiento de 1.0 - 3.5 C para el ao 2100. Este calentamiento es desigual lo que genera grandes diferencias de temperatura entre los polos y el ecuador, lo que provoca un complicado sistema de corrientes circulatorias (atmosfricas y ocenicas) con el fin de reequilibrar estas desigualdades trmicas. Esto resulta en una cascada de efectos medioambientales, entre los cuales tenemos:

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Fusin del hielo polar y expansin ocenica. Esto tiene como resultado inundaciones de reas costeras, pantanos, zonas hmedas y deltas de ros. Algunas islas pequeas pueden incluso desaparecer completamente debido a las inundaciones. Alteracin de la corriente del golfo en el Ocano Atlntico. Existe la posibilidad de que se origine una Nueva Edad del Hielo. Aumento del nmero y severidad de tormentas tropicales y ciclones Inundacin y erosin de cultivos agrcolas. Cambios en ecosistemas y degradacin de la biodiversidad Evaporacin de suministros de agua, causando escasez de agua potable Penetracin de agua salada en las aguas subterrneas Clima mas extremo, causando veranos ms calientes y ms secos e inviernos ms fros Enfermedades ms contagiosas debido al ambiente es ms propicio para patgenos y algunos insectos peligrosos, como el mosquito de la malaria Ante esto lo primero que nos debemos plantear es el origen de la energa que consumimos:

Energas Primarias: % de Participacin en la Oferta a Nivel Mundial (2003)

Petrleo 34,4% Carbn 24,4%

Gas Natural 21,2% Biomasa 10,6%

Nuclear 6,5% Hidroelctrica 2,2%

Geotrmica 0,42 % Elica 0,05 %

Solar 0,04 % Mareas 0,0005 %


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Energas: % en la Generacin Elctrica Mundial (2003)

NECESIDADES ENERGTICAS Se prev que el consumo anual se duplicar, al menos, en los prximos 50 aos pasando de los 13 Terakilowatt hora (Tkwh, millones de millones de miles de watt hora) del ao 2000 hasta 23-42 TkWh en el 2050. - La India con su programa 2012 Energa para todos necesita duplicar su capacidad actual de 121 GW a 250 GW (GW, miles de millones de watt). - La UE necesita 300 GW ms para el 2030. La demanda energtica mundial no se puede ni se debe reducir, aumentara la pobreza de la poblacin sin acceso a la energa comercial. Slo con que el 10% de quienes viven hoy sin energa (170 millones de personas) llegasen a disponer de 3 kW por persona (tercera parte del consumo en pases desarrollados) se requerira una capacidad adicional de 500 GW. Ms del 35% de las generaciones actuales no tienen cubiertas sus necesidades bsicas de energa y desarrollo. Para una parte extensa de la humanidad no existe desarrollo, su situacin es INSOSTENIBLE. Actualmente unos 25.000 nios menores de 5 aos mueren cada da (ms de 9 millones al ao) por enfermedades derivadas de la falta de energa, de agua y de otros bienes. No basta slo con preocuparse por las generaciones futuras. Qu pasa con un tercio de las actuales, que no tienen satisfechas sus necesidades bsicas?

Carbn 40%

Gas Natural 19%

Hidroelctrica 16%

Uranio 16%

Petrleo 7%

Biomasa 1%

Otros 1%

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NUEVO MODELO ENERGTICO Ante esta situacin los pases desarrollados adoptan tres posturas, no aceptadas explcitamente: 1) No existe necesidad urgente de desarrollo de tcnicas avanzadas de produccin energtica y los combustibles fsiles seguirn siendo la base de suministro en los prximos decenios. 2) Aunque se adelante el desarrollo, las nuevas generaciones de reactores de fisin, la fusin nuclear y las energas renovables resultaran muy caras. 3) Estas tcnicas avanzadas se implantarn slo paulatinamente. Estas posturas contrastan con la situacin energtica de los pases pobres y en vas de desarrollo, cuya situacin energtica es catastrfica e insostenible. Se teme a corto plazo un uso masivo de combustibles fsiles, ya est sucediendo, con un impacto catastrfico para el medio ambiente, adems provocara una subida de precios que les estrangulara econmicamente. El imparable crecimiento econmico de China e India provocar que los pases industrializados les pidan que reduzcan sus emisiones de CO2, estos pueden respondernos que sus ciudadanos merecen las mismas oportunidades de desarrollo que los de Mnich o Detroit, por citar dos ciudades industrializadas de pases avanzados. Las previsiones a 50 aos no interesan a los polticos, su futuro son las siguientes elecciones. Quiz para entonces una nueva y milagrosa tcnica resuelva nuestros problemas climticos y energticos. Evidentemente hay la misma probabilidad de que esto no ocurra. Adems hay muchos escpticos que siembran dudas sobre la bibliografa cientfica en que se basa el consenso sobre el calentamiento global. No se puede negar que existen dudas e incertidumbres sobre el alcance y rapidez del calentamiento global, pero la pasividad podra hacer ms dao que el temido perjuicio econmico que acarreara una proteccin excesiva.

Si esperamos que desaparezca un casquete polar ser demasiado tarde.


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Qu hacer? Ante la situacin descrita, una reduccin mundial del consumo no sera una alternativa realista y posible. Tampoco lo sera el mantenimiento del status quo sometido a las premisas energticas de los pases desarrollados, conducira a un estrangulamiento de los pases en vas de desarrollo y pobreza con un alto riesgo de guerras. El objetivo es doble: Congelar las emisiones de CO2, en el nivel actual antes del 2050, previendo su reduccin en los 50 aos siguientes Incrementar la produccin de energa Para lograr estos objetivos la nica alternativa realista que tenemos es el desarrollo rpido de tcnicas avanzadas de produccin de energa. A estos efectos voy a considerar dos apartados: 1) PRODUCCIN DE ELECTRICIDAD. 2) TRANSPORTE 1) PRODUCCIN DE ELECTRICIDAD El abastecimiento energtico solo puede ser una combinacin de fuentes energticas diversas, que produzcan una baja emisin de CO2.

Carbn y Gas con captura y almacenamiento de CO2 Consiste en capturar el CO2, en las centrales energticas, e inyectarlo en el subsuelo en formaciones salinas porosas. Esta tcnica se lleva realizando decenios en la industria petrolfera, para optimizar la produccin en algunos pozos, y est desarrollada tecnolgicamente.

Carbn y Gas con captura y almacenamiento de CO2

Energa nuclear

Renovables: elica, solar, etc.

Potenciales fuentes masivas de energa

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Presenta el problema del sellado de los pozos, para prevenir los escapes, el CO2 es altamente txico. Energa nuclear Distinguimos dos tipos: Fusin y fisin nuclear. Fusin nuclear: Consiste en unir ncleos de tomos sencillos. Deuterio y tritio. Con una importantsima liberacin de energa. Actualmente se est construyendo el ITER (International Tokamak Experimental Reactor). Es un proyecto tecnolgicamente complejo cuya construccin se estima necesitar diez aos y al menos veinte aos de explotacin posterior. Evidentemente no es una alternativa ni a corto ni a medio plazo.


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Fisin nuclear: Consiste romper tomos complejos, Uranio, con una menor pero importante liberacin de energa. Las centrales nucleares aportan ya alrededor del 17% del total de la electricidad en el mundo. Prcticamente no producen emisiones de dixido de carbono (CO2), dixido de azufre (SO2) ni xido de nitrgeno (NO2). Al menos cinco pases, entre los que se cuentan Francia, Suecia y Blgica, obtienen ms del 50% de sus suministros totales de electricidad de la energa nuclear. Los problemas que plantea son dos: residuos nucleares y accidentes. Se estn desarrollando procedimientos definitivos para el tratamiento de los residuos de baja y media actividad, procedentes de centrales nucleares, como la vitrificacin y los de alta actividad como la transmutacin y el almacenamiento geolgico profundo. El coste de tratamiento es del orden de 0,4 cntimos de euro/kwh, para los del carbn llega a ser de 1,9 cntimos de euro/kwh. A lo largo de la historia de la energa nuclear ha habido un accidente muy grave (Chernobyl, 1986), y tres accidentes con riesgo para el exterior de la instalacin. An as existe un elevado consenso de que la industria nuclear es, dentro de los procesos industriales y energticos, la que presenta mayores cuotas de seguridad, en su funcionamiento diario, para la poblacin y el medio.

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Renovables: elica, solar, etc. Las ms prometedoras son la energa elica y la energa solar. Elica: Con una subvencin de 1,9 centavos de dlar por Kw/h, los aerogeneradores pueden competir en precio con las centrales trmicas de carbn.

Solar: Son prometedoras las investigaciones recientes sobre el desarrollo de clulas solares. An as estn muy lejos de ser una alternativa por si solas, partimos de niveles muy bajos de implantacin.


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Capacidad Elctrica Mundial con Renovables (2004) en GW

Muy lejos de los 23-42 Tkw/h que necesitaremos en el 2050. LO QUE CUESTA LA ENERGA Estimaciones para el 2020 - Plantas de carbn pulverizado y gasificacin integrada en ciclo combinado con secuestro de CO2: 5 cntimos de euro/Kwh - Nuclear: 3,5 cntimos de euro/kwh - Hidrulica, elica y biomasa entre 3,6 y 4,4 cntimos de euro/kwh 2) TRANSPORTE

Biocombustibles Combustibles obtenidos a partir de vegetales, como el bioetanol y el biodiesel. Presentan varios inconvenientes importantes, entre ellos: - El coste de produccin de los biocombustibles dobla, aproximadamente, al del de la gasolina o gasleo. - Se necesitan grandes espacios de cultivo, dado que del total de la plantacin slo se consigue un 7% de combustible. En Espaa, habra que cultivar un

Grandes Hidroelctricas....720

Pequeas Hidroelctricas...61

Aerogeneradores...48

Biomasa.......39

Fotovoltaico (aisl).......2.2

Fotovoltaico (red).......1.8

Geotrmica...........8.9

Solar trmico.......0.4

Mareas.......0.3

En este sector vamos a considerar tres alternativas

Biocombustibles

Pilas de Hidrgeno

Coches hbridos

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tercio de todo el territorio para abastecer slo la demanda interna de combustible. - Potenciacin de monocultivos intensivos, con el consiguiente uso de pesticidas y herbicidas. - En los bioalcoholes, la destilacin provoca, respecto a la gasolina o al gasleo, una mayor emisin en CO2. - Su rendimiento es un 33% inferior a la gasolina. Pilas de Hidrgeno Puede definirse como un dispositivo electroqumico que transforma directamente y, lo que es ms importante, de forma continuada, la energa qumica almacenada por un combustible en energa elctrica. Ventajas:

- Alta eficiencia energtica - Bajo nivel de contaminacin medioambiental - Funcionamiento silencioso

Electricidad + Agua Hidrgeno + Oxgeno

Pila de combustible

Electrolisis


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- Fiabilidad Inconvenientes:

- Tecnologa emergente - Alto coste

El hidrgeno no es una fuente primara de energa es un vector energtico, como puede ser la electricidad. Necesitaramos obtenerlo a partir, fundamentalmente, de agua usando otras fuentes de energa no contaminantes, como la solar. Despus transportarlo y almacenarlo. Para esto se requiere una tecnologa muy desarrollada y un cambio muy profundo de los sistemas de almacenaje. No parece que sean una alternativa a corto y medio plazo. Coches hbridos Estos coches conjugan motores de combustin interna con motores elctricos para maximizar la eficiencia del combustible. Muy interesantes son los "recargables, estos disponen de bateras de mayor tamao, que se pueden recargar desde la red elctrica general. Operan de forma exclusivamente elctrica durante recorridos cortos; en los viajes largos, el motor de combustin se pone en marcha cuando las bateras ya no disponen de energa suficiente. Esta combinacin reduce drsticamente el consumo de gasolina: mientras que una berlina tpica actual consume unos 8 litros cada 100 kilmetros. Hbridos como el Toyota Prius rondan en torno a los 5, y los recargables logran consumos del orden de 1,5 a 3 litros en esa distancia. Un inconveniente importantsimo es el tiempo de recarga de las bateras estimado en horas. Una tecnologa punta, desarrollada en el Laboratorio de Sistemas Electrnicos y Electromagnticos del Instituto Tecnolgico de Massachussets (MIT), muy prometedora puede permitir cargar dispositivos electrnicos en minutos, no

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tener que cambiar nunca ms una batera y disminuir el coste de los coches hbridos. Esta tecnologa tiene el potencial de ofrecer un dispositivo de almacenamiento de energa diez veces ms potente incluso que las ltimas bateras de los coches hbridos, pudiendo sobrevivir al propio coche. Si de la noche a la maana la totalidad del parque automovilstico de los EE.UU. se reemplazara por recargables, el consumo de petrleo se reducira en un 70 por ciento o ms. Estimaciones del Laboratorio de Energa y Medio Ambiente del Instituto de Tecnologa de Massachussets indican cunto tardaran esas tcnicas de nuevo cuo en hacerse notar. FASE DE IMPLANTACIN

TCNICA Vehculo

comercialmente competitivo

Penetracin en la produccin de

vehculos nuevos

Tiempo total para la repercusin

Motor gasolina turboalimentado 5 aos 10 aos 20 aos

Diesel de baja emisin 5 aos 15 aos 30 aos

Hbrido de gasolina 5 aos 20 aos 35 aos

Se admite que se necesitaran al menos unos 16 billones de euros y unos cambios estructurales profundos en las polticas energticas mundiales, que deberan atenerse a criterios ticos. La produccin tica de energa se debe regir por principios econmicos y de proteccin del medio ambiente y por una distribucin ms equilibrada de los recursos.
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