Embed Size (px)
Citation preview
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 1
U2. ENERGÍAS NO RENOVABLES
INTRODUCCIÓN
El mundo moderno se mueve hacia un mayor desarrollo que implica un aumento en la calidad y nivel
de vida. En las sociedades industrializadas, el desarrollo está íntimamente ligado a su capacidad
energética; por tanto, las fuentes de energía y los métodos de transformación de éstas constituyen un
elemento básico en el grado de desarrollo.
La energía que el hombre consume diariamente para desarrollar toda su actividad se obtiene de
distintas fuentes de energía, denominando fuente de energía a aquellos recursos o medios naturales
capaces de producir algún tipo de energía.
La mayoría de las fuentes de energía, tienen su origen último en el Sol (eólica, solar,...). Únicamente
la energía nuclear, la geotérmica y la de las mareas no derivan de él.
Las fuentes de energía se dividen en dos grupos:
Renovables: Son aquellas que utilizan un recurso natural cuya vida no depende del uso que se
haga de ella. No se agotan tras la transformación energética
No renovables: Son aquellas que dependen de un recurso natural con vida limitada, de forma que
al ritmo de consumo actual pueden acabarse en un periodo de tiempo relativamente corto. Se
agotan al transformar su energía en energía útil.
RENOVABLES NO RENOVABLES
Solar (térmica y fotovoltaica) Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
Eólica
Océanos (mareas, mareomotriz, olas) Nuclear (uranio)
Hidráulica
Biomasa
Geotérmica (puede considerarse dentro de las no renovables)
Las energías no renovables pueden ser agrupadas en dos grandes grupos:
La energía fósil se obtiene a partir de la combustión de ciertas sustancias que proceden de restos
vegetales y otros organismos vivos (como plancton) que hace millones de años fueron sepultados por
efecto de grandes cataclismos o fenómenos naturales y por la acción de microorganismos, bajo ciertas
condiciones de presión y temperatura.
A los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) que actualmente se utilizan hay que añadir
los esquistos bituminosos y las arenas alquitranadas, cuyo estudio se ha iniciado hace pocos años.
Así tenemos:
Carbón mineral. El carbón mineral es principalmente carbono que se encuentra en grandes
yacimientos en el subsuelo.
Petróleo y sus derivados. Es una mezcla de una gran variedad de hidrocarburos (compuestos
de carbono e hidrógeno) en fase líquida, mezclados con diversas impurezas. Se obtienen de él
diversos combustibles y subproductos.
Gas natural. El gas natural está compuesto principalmente por metano y corresponde a la fracción
más ligera de los hidrocarburos, por lo que se encuentra en los yacimientos en forma gaseosa.
Arenas alquitranadas: Arenas que contienen una gran cantidad de betún de petróleo.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 2
Los esquistos bituminosos son rocas metamórficas arcillosas, generalmente negruzcas, que
contienen materiales inorgánicos y orgánicos, procedentes de la fauna y la flora acuáticas (en
lenguaje coloquial serían rocas empapadas de petróleo).
La energía nuclear, es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede
obtener por fisión nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por fusión nuclear (unión de
núcleos atómicos).
COMBUSTIBLES FÓSILES: CARBÓN
El primer combustible fósil que ha utilizado el hombre es el carbón. Se comercializaba desde la época
del Imperio romano, pero se empezó a utilizar de forma generalizada en el s. XVI, debido a la necesidad
de encontrar un sustituto de la madera, porque había muchas zonas de Europa donde ésta empezaba a
escasear.
La obtención y generalización del uso del carbón a escala industrial están ligadas al desarrollo de la
máquina de vapor.
Representa cerca del 70% de las reservas energéticas mundiales de combustibles fósiles conocidas
actualmente, y es la más utilizada en la producción de electricidad a nivel mundial. En España, sin
embargo, la disponibilidad del carbón es limitada y su calidad es baja. Los principales yacimientos
(hulla y antracita) se encuentran en Asturias y León. En Canarias no se utiliza como combustible.
El carbón es un combustible sólido de color negro, formado por:
- Carbono, fundamentalmente;
- otros elementos químicos ligeros: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno...
- componentes volátiles y no volátiles. Estos últimos (arcillas, carbonato de calcio, sílex, óxidos de
hierro, etc.), al quemarse el carbón, quedan en forma de residuos (cenizas).
Su densidad oscila entre 1 y 1,8 g/cm3.
Según su procedencia y contenido en carbono, los carbones suelen clasificarse en dos grandes
grupos: naturales y artificiales.
2.1.1. Carbones naturales
Es una sustancia fósil, que se
encuentra bajo la superficie terrestre, de
origen vegetal, generada como resultado
de la descomposición lenta de la materia
orgánica de los bosques, acumulada en
lugares pantanosos, lagunas y deltas
fluviales, principalmente durante el
período Carbonífero. Estos vegetales
enterrados sufrieron un proceso de
fermentación en ausencia de oxígeno,
debido a la acción conjunta de
microorganismos, en condiciones de
presión y temperatura adecuadas. A
medida que pasaba el tiempo, el carbón
aumentaba su contenido en carbono, lo
cual incrementa la calidad y poder
calorífico del mismo.
Origen del carbón
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 3
Según el contenido de carbono, se puede clasificar en:
Antracita Hulla Lignito Turba
2.1.2. Carbones artificiales.
Coque: se obtiene a partir del carbón natural. Se obtiene calentando la hulla en ausencia de aire en unos
hornos especiales. El coque arde sin llama y tiene un gran poder calorífico. Se usa como combustible
en los hornos de fuego continuo, y especialmente como agente reductor en la producción del hierro
en los hornos altos (coque metalúrgico).
Carbón vegetal: se obtiene a partir de la madera. Es muy poroso y por esta razón flota en el agua. Puede
usarse como combustible, pero su principal aplicación es como combustible de barbacoas.
Carbón de coque Carbón vegetal
La extracción de carbón se realiza en distinto tipo de minas, dependiendo de donde se encuentra
situado el filón del mineral:
Pozos: son galerías muy profundas, perpendiculares a la superficie que acceden al filón.
En declive: parecidas a las anteriores, pero la profundidad de la veta es moderada y se accede a ella
por medio de pozos en declive.
Galerías: hablamos de galerías cuando el filón de mineral se aflora en superficie, generalmente en
las laderas de monte.
A cielo abierto: son las más rentables de explotar y es cuando el mineral se encuentra muy cerca de
la superficie y solamente se necesita extraer las capas de piedra que lo recubren para acceder a la
veta de mineral.
Tipo ANTRACITA HULLA LIGNITO TURBA
% Carbono 95 % 85 % 75 % 50 %
Poder calorífico (Kcal/kg) 8000 7000 6000 2000
Antigüedad Era primaria Era primaria Era secundaria Muy reciente
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 4
Mina de carbón a cielo abierto. Corte transversal de una mina de carbón.
Los recursos de carbón españoles, de una calidad considerada como aceptable, se estiman en unos
cuatro mil millones de toneladas que, al ritmo actual de consumo, suponen una producción para unos 100
años: de aquí la necesidad de una explotación racional. Los yacimientos más importantes de hulla y
antracita se concentran en las provincias de Asturias y León.
En lo que respecta al carbón importado por España, la mayor parte procede de EE. UU., Sudáfrica,
Australia, Rusia, Ucrania e Indonesia.
Las aplicaciones del carbón son varias, siendo las principales:
⚫ Es la mayor fuente de combustible usada para la generación de energía eléctrica.
⚫ Es también indispensable para la producción de hierro y acero; casi el 70 % de la producción de
acero proviene de hierro hecho en altos hornos con ayuda del carbón de coque.
En la siguiente tabla se muestran, además, otras aplicaciones:
Materia prima Forma de uso Producto Aplicación
Carbón
Directamente
Combustible Centrales térmicas
Coque Altos hornos
Destilación
Gas
Amoniaco
Brea
Cocinas domésticas
Fertilizantes
Pavimentos
Carbón de retorta Electrodos
Ventajas Desventajas
Se obtiene una gran cantidad de energía de forma
sencilla, cómoda y regular.
Su extracción es peligrosa en cierto tipo de
yacimientos.
El carbón se suele consumir cerca de dónde se explota.
Se ahorran costes de transporte.
Al ser no renovable se agotará en el futuro
Seguro en su transporte, almacenamiento y utilización. Su combustión y extracción genera problemas
ambiéntales. Contribuye al efecto invernadero, la lluvia
ácida y alteración de ecosistemas.
La carestía del transporte obliga a que el consumo de
carbón tenga que efectuarse cerca de los lugares de
extracción.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 5
De un modo muy similar a los restantes combustibles fósiles, tanto la explotación como la
utilización del carbón dan lugar a serios deterioros medioambientales en el suelo, en las aguas y en la
atmósfera.
a) Influencia sobre el suelo. Las explotaciones de carbón a cielo abierto producen un considerable
impacto visual y destruyen una gran superficie de suelo. No obstante, estos efectos pueden eliminarse
posteriormente mediante una oportuna restauración de los daños causados.
b) Influencia sobre el agua. En las centrales térmicas el vapor de agua se condensa merced a un circuito
de refrigeración que recoge agua de un río o del mar y que suele devolver al mismo a elevada
temperatura, lo que altera por completo el ecosistema. En efecto, al aumentar la temperatura del agua
disminuye la cantidad de oxígeno disuelto en ella y precisamente esta insuficiencia imposibilita las
condiciones de vida animal y vegetal que se desarrolla en el medio acuático. No obstante, este
problema se evita disponiendo un sistema cerrado, con torres de refrigeración, lo que permite que el
calor desprendido se pueda aprovechar en pequeñas instalaciones, en especial de tipo agrícola. Por
otra parte, el agua empleada en el lavado del carbón en el exterior de las minas arrastra partículas a
los ríos y al mar, con la consiguiente contaminación del ecosistema cercano, afectando
fundamentalmente a la flora y fauna acuáticas.
c) Influencia sobre la atmósfera. En la combustión del carbón se originan una serie de productos y
residuos volátiles que pasan a la atmósfera: dióxido de carbono, vapor de agua, óxidos de azufre
(SOx), óxidos de nitrógeno (NxOy), hidrocarburos y partículas sólidas. Mientras que los dos primeros
son característicos de todas las combustiones, los óxidos de azufre y de nitrógeno se producen como
consecuencia de las impurezas que acompañan al carbón. Todos estos gases son la causa de una
serie de efectos perjudiciales, entre los que citaremos los siguientes:
Efecto invernadero. Aunque parte del dióxido de carbono producido en la combustión del carbón
lo utilizan las plantas en el proceso de fotosíntesis y otra parte se disuelve en el agua de los mares
y océanos, el dióxido de carbono restante se acumula en la atmósfera, aumentando su proporción
progresivamente en el transcurso de los años. Ahora bien, el dióxido de carbono es diatérmano
(transparente al calor) para la radiación solar que llega a la superficie de nuestro planeta y, en
cambio, absorbe la radiación infrarroja que reemite la Tierra hacia el espacio. De esta forma se
conserva más eficazmente el calor del Sol (efecto invernadero) y la temperatura de la atmósfera
se eleva proporcionalmente al aumento de CO2, lo que se puede traducir en alteraciones climáticas
importantes. Otros gases también responsables del efecto invernadero son: el metano (CH4), el
hemióxido de nitrógeno (N2O) y los compuestos clorofluorocarbonados (CFCs).
Lluvia ácida. Los óxidos de nitrógeno y de azufre —procedentes de las impurezas que acompañan
al carbón y que se desprenden en las centrales térmicas, aunque también se originan, en menor
medida, en los automóviles y en las calefacciones— reaccionan con el agua de la lluvia formando
ácidos nítrico y sulfúrico, que constituyen la llamada lluvia ácida, de efectos sumamente
perniciosos para la vegetación.
Contaminación del agua de los ríos y lagos, lo que afecta tanto a la vida acuática como a la
potabilidad del agua de consumo.
Destrucción del manto fértil del suelo y de gran parte de los bosques. Éste es un grave
problema que afecta sobremanera a las naciones más industrializadas.
Deterioro del patrimonio arquitectónico. Los daños que se producen en la piedra de muchos
monumentos representan un serio peligro para su futura conservación.
Actualmente, la tecnología ha avanzado lo suficiente como para eliminar estas emisiones casi en
su totalidad, pero ello provoca un gran aumento en los costes de producción.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 6
EL PETRÓLEO
Es un combustible natural líquido (aceite mineral) constituido por
una mezcla de hidrocarburos (mezcla de carbono e hidrógeno)
sólidos, líquidos y gaseosos, además de otros compuestos de
carbono y agua. Es un líquido negruzco, inflamable, de una densidad
que oscila entre 0.8 y 0.95 gr/cm3.
La mayor parte del petróleo que existe se formó hace unos 85 –
90 millones de años.
Su composición es muy variable de unos yacimientos a otros. Su
poder calorífico oscila entre las 9.000 y 11.000 kcal/kg.
La formación del petróleo es compleja y no totalmente comprendida. El petróleo se originó a partir
de la descomposición de restos de animales y algas microscópicas acumulados en terrenos
sedimentarios, generalmente en los lechos de mares y lagos. Estas deposiciones de materia orgánica se
fueron cubriendo, con el paso del tiempo, con capas de sedimentos que la sepultaron. En estas
condiciones de presión, temperatura y falta de oxígeno, los restos orgánicos se fueron transformando
en hidrocarburos. Cuanto más antiguo es un yacimiento, mayor es su contenido en carbono.
Para que se pueda formar una bolsa de petróleo en un terreno, éste debe reunir una serie de
condiciones:
► es necesario que exista una roca madre porosa que actúe a modo de esponja; en ella se forman los
hidrocarburos que impregnan esta roca madre.
► de la roca madre los hidrocarburos deben migrar hacia las trampas de petróleo, estructuras
geológicas en las que el crudo queda atrapado; están recubiertas por estratos de roca impermeable
que impide la migración del petróleo a la superficie.
► esta acumulación, llamada bolsa de petróleo es de donde se extrae comercialmente el petróleo. El
petróleo se encuentra en el subsuelo, a una profundidad variable, bien en las plataformas
continentales o bajo el mar. Al estar en el subsuelo es necesario perforar para llegar a él.
Antes de decidir la posible explotación de un pozo petrolífero, se realiza la prospección, que es
la exploración del subsuelo encaminada a descubrir yacimientos petrolíferos a partir de mapas geológicos.
Existen varios métodos para localizar bolsas petrolíferas, pero el mayor número de datos lo aporta
el sondeo sísmico. Consiste en hacer estallar una pequeña carga explosiva bajo tierra. A través de
instrumentos sensibles, se pueden detectar las ondas de choque a medida que se desplazan por el suelo
y se reflejan en las capas de roca. A partir de la velocidad y la dirección de las ondas, los geólogos pueden
Curiosidad
El petróleo es una sustancia conocida
desde hace miles de años, pero sus
usos eran escasos.
Una de sus primeras aplicaciones fue
para calafatear, es decir, para
impermeabilizar embarcaciones.
El primer pozo petrolífero se perforó a
mediados del siglo XIX, obteniendo
como primer subproducto queroseno,
que se utilizó como combustible.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 7
identificar el tipo de formaciones rocosas y detectar aquéllas conocidas por contener petróleo u otros
hidrocarburos, por ejemplo, gas natural.
Una vez que se ha perforado el pozo, se procede a la extracción del petróleo, pudiendo utilizarse
para ello diferentes métodos:
→ Flujo natural. El petróleo brota de forma espontánea, como un surtidor, debido a la presión
ejercida tanto por el agua como por los gases existentes en el yacimiento.
→ Bombeo mediante varillas, que accionan una bomba situada en el fluido del pozo.
→ Extracción por gas, inyectando gas en el pozo por debajo del nivel del fluido.
→ Por bombas hidráulicas o eléctricas, etc.
El petróleo extraído (crudo) se conduce sucesivamente
a dos depósitos; en el primero se le extrae el gas que contenga,
y en el segundo el agua, y a continuación se almacena en
grandes tanques para su posterior transporte.
El petróleo crudo, según se extrae del yacimiento, carece
de utilidad, por lo que debe someterse a un proceso de refino
con objeto de separar los distintos componentes que lo
constituyen y que sí tienen aplicación industrial.
Esta técnica de refino, que se lleva a cabo en instalaciones
especiales -refinerías-, se basa fundamentalmente en una
destilación fraccionada del petróleo, operación que se realiza
en una torre de fraccionamiento, en cuya base el petróleo se
calienta hasta una temperatura de unos 360 ºC. Los gases
producidos se van enfriando a medida que ascienden en la torre
y, al alcanzar su temperatura de licuación, se condensan en
bandejas, y de ellas pasan a unos depósitos. De esta forma, a
la parte superior de la torre llegan los gases que se licuan a
temperatura ambiente; en las bandejas sucesivas, de arriba
abajo, se recogen los líquidos de punto de ebullición progresivamente creciente, y en el fondo de la torre
quedan sin evaporar los aceites pesados.
En ocasiones puede ocurrir que la necesidad de un producto -por ejemplo, gasolina- sea mayor
que la de otro -ejemplo: aceites lubricantes-. En estos casos, para evitar almacenamientos innecesarios
de stocks, se recurre al proceso llamado cracking, que se basa en que, al calentar una mezcla de
hidrocarburos de moléculas grandes, como corresponden a las de gasóleo o fuel, por encima de su
temperatura de ebullición, dichas moléculas se rompen en otras más sencillas -las de la gasolina-, de
mayor interés industrial. O también, con el mismo fin -obtención de gasolina- se pueden unir moléculas
más ligeras de hidrocarburos gaseosos (polimerización).
De este proceso se obtienen las fracciones:
HIDROCARBUROS APLICACIONES
Butano y propano Combustible de uso doméstico (bombonas)
Gasolina Combustible para motores de vehículos
Queroseno Combustible para motores de aviación
Gasóleo Combustible para motores diésel y calefacciones
Fuelóleo Combustible en centrales térmicas
Aceites Engrasado de piezas y maquinarias
Alquitrán Pavimentos de carreteras e impermeabilizantes
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 8
Ventajas Desventajas
Produce energía de forma regular con buen
rendimiento.
Al ser no renovable, sus reservas disminuirán y su
precio se encarecerá.
De él se obtienen diferentes productos. Su manipulación es peligrosa.
Su combustión, extracción y transporte genera problemas ambiéntales (vertidos,).
Contribuye al efecto invernadero, la lluvia ácida y alteración de ecosistemas.
Producción petrolera entre 1973 y 2014
Red de distribución de
hidrocarburos.
Fuente: CLH
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 9
Impacto medioambiental del petróleo
Las repercusiones del petróleo y del gas natural sobre el medioambiente son muy semejantes a las
del carbón, por tratarse todos ellos de combustibles fósiles.
• Influencia sobre el suelo. Se deben destacar, por su importancia, los efectos producidos por la
existencia de pozos petrolíferos, refinerías, oleoductos, gasoductos, etc., y en especial los derrames
tanto de petróleo como de sus derivados, que afectan muy seriamente al suelo, en ocasiones de
manera irrecuperable.
• Influencia sobre el agua. El mayor impacto lo producen los vertidos de las refinerías y los que se
producen en la carga y descarga de los petroleros. Asimismo, se deben mencionar incendios y
hundimientos de barcos petroleros y de plataformas marinas, que han originado verdaderos desastres
ecológicos.
• Influencia sobre la atmósfera. Algunos de los gases procedentes de la combustión de derivados
del petróleo, tanto en las centrales térmicas como en las calefacciones y en los vehículos con motor
de explosión, se pueden considerar como los principales responsables de la creciente contaminación
atmosférica. Estos gases son:
o Dióxido de carbono, responsable del efecto invernadero.
o Óxidos de nitrógeno y azufre, causantes de la lluvia ácida.
o Monóxido de carbono, sumamente tóxico, que procede de la combustión incompleta de los
combustibles (gasolinas y gasóleos) en los motores de explosión de los vehículos.
o Hidrocarburos, producidos en motores y en refinerías.
o También deberemos tener en cuenta que hasta hace poco tiempo muchos motores de
explosión utilizaban gasolina a la que se había añadido plomo (sustancia contaminante de la
atmósfera) como antidetonante.
Todos estos problemas medioambientales requieren la adopción de una serie de medidas, como
pueden ser las siguientes:
Incorporar un catalizador en los tubos de escape de los automóviles de gasolina. De esta forma se
reduce la emisión de gases, a la vez que se elimina la necesidad de utilizar gasolinas con plomo.
Utilizar filtros y catalizadores en las instalaciones de combustión, para limitar las emisiones de gases
contaminantes.
Tratar adecuadamente el agua de refrigeración en las centrales térmicas.
Establecer las medidas de seguridad adecuadas que eviten o disminuyan el riesgo de producción de
accidentes en petroleros, refinerías y oleoductos.
A más largo plazo, promover la sustitución de estos combustibles por otras fuentes de energía «más
limpias», procurando una utilización cada vez mayor de las energías renovables.
COMBUSTIBLES GASEOSOS
El gas natural es una mezcla de gases que se encuentra almacenada en el interior de la Tierra, unas
veces aisladamente (gas seco) y en otras ocasiones acompañando al petróleo (gas húmedo). Está
compuesto principalmente por metano (>70 %), y también por etano, propano y butano, interviniendo en
menor proporción monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, helio y ácido sulfhídrico, aunque
los porcentajes correspondientes dependen del yacimiento de procedencia. Es un gas incoloro, muy
inflamable, cuya densidad es del orden de 0,7 veces la del aire.
Su origen es semejante al del petróleo, así como los métodos que se llevan a cabo para su
prospección y extracción, si bien esta última resulta más fácil que la del petróleo, ya que el gas natural
tiende a subir hacia la superficie a través de la perforación.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 10
Una vez extraído, se purifica con objeto de eliminar el agua, los
productos sulfurosos, el propano, el butano y el petróleo (este
último, en caso de encontrarse en el mismo yacimiento).
Los principales problemas que plantea el gas natural se
refieren al transporte, que se realiza de dos formas:
• Mediante gasoductos.
Son tuberías por las que circula el gas a alta presión (>16 bar),
hasta llegar a los lugares de consumo industrial o doméstico-, en
los que se reduce la presión hasta el valor adecuado.
• Mediante buques cisterna.
En este caso, es necesario licuar primero el gas, lo que se
realiza en instalaciones situadas en el mismo puerto. De esta
manera, el gas natural se transporta en forma líquida y, al llegar
al puerto de destino, se almacena, se regasifica y se distribuye
por medio de gasoductos o tuberías de baja presión.
Aplicaciones del gas natural
✓ Como combustible doméstico e industrial. Cada usuario está conectado a la red de gas y dispone
de un contador, de manera que la compañía suministradora factura periódicamente el consumo y el
mantenimiento de la instalación.
✓ Como materia prima en la industria petroquímica.
✓ Para la obtención de gasolina.
✓ En programas de cogeneración.
Debido a la demanda energética, y al progresivo agotamiento de los yacimientos convencionales de
combustibles fósiles, se están realizando extracciones de gas de yacimientos de más difícil extracción.
El gas de esquisto, o gas pizarra, (también llamado gas no convencional, en inglés “shale gas”) es
una forma de gas natural, formado principalmente por metano, que se encuentra en pequeños poros o
grietas de este tipo de roca con baja porosidad y permeabilidad, situadas a gran profundidad bajo la
superficie terrestre (entre 400 y 5000m).
La baja permeabilidad de este tipo de roca hace que el gas se encuentre en poca concentración
(pequeños poros o burbujas no conectadas entre sí) y sea más difícil de extraer, por lo que es necesario
romper la capa de roca para reunir el gas y que fluya hacia la superficie.
Para extraer este gas, se utiliza el “fracking” o fracturación hidráulica horizontal, que consiste en
la extracción de gas natural mediante la fracturación de la roca (generalmente pizarra y esquistos). En
primer lugar se perfora hasta unos 5000m aproximadamente en vertical y después se perfora en horizontal
entre 1,5 y 3 km (pudiendo llegar a valores mayores). Una vez realizadas estas perforaciones, se refuerza
la zona perforada con un tubo de acero y recubrimiento de cemento para proteger los acuíferos de los
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 11
aditivos químicos que posteriormente se añaden y se
agrieta la roca circundante (este último proceso dura
entre 2 y 5 días). A continuación se inyecta agua con
arena ( ~ 98%) y una serie de aditivos químicos (~ 2%)
a gran presión. La finalidad de la arena es mantener
abiertas las grietas que se han originado para que el
gas ascienda a la superficie a través del pozo. El
proceso se repite a lo largo de la veta de roca rica en
gas, de modo que la separación de los pozos puede
estar entre 0,6 y 2 km. Parte de la mezcla inyectada
vuelve a la superficie (entre un 15 y un 85%).
Aunque en España este método de extracción es
reciente, en EEUU, que es el país pionero, lleva unos
60 años utilizándose.
https://elpais.com/economia/2015/06/11/actualidad/1434022844_813264.html
Impacto ambiental
✓ Consumo de agua.
✓ Para fracturar cada pozo se necesitan de media unos 9.000 a 29.000 toneladas de agua.
✓ Una plataforma de 6 pozos de media necesita unos 54.000 a 174.000 millones de litros de agua en
una sola fractura.
✓ Gestión del agua residual.
✓ El fluido que se inyecta en los pozos, contiene entre 55.000 y 225.000 litros de aditivos químicos por
pozo, unos 260, hay bencenos, xileno, cianuros,…entre los que hay sustancias cancerígenas,
mutagénicas, tóxicas y alergénicas.
✓ El fluido de retorno trae a la superficie otras sustancias que hay en estas capas de tierra como metales
pesados (arsénico, mercurio, plomo,…), y elementos radiactivos (radón, radio, uranio), lo que da lugar
a contaminación de las aguas superficiales, subterráneas y el aire. En caso de fugas se produciría la
contaminación de abastecimiento de agua potable, así como de ríos, aguas subterráneas y atmósfera
cuando llegan a evaporarse.
✓ Accidentes de camiones que transportan productos químicos.
✓ Riesgo sísmico.
✓ Se ha detectado benceno en el vapor que sale de los pozos de evaporación, que es un importante
cancerígeno .
✓ Contaminación del aire.
Gases licuados del petróleo o gases GLP
Son el butano y el propano. Se obtienen en las
refinerías y poseen un poder calorífico que ronda las
25000 kcal/m3. Suelen comercializarse en recipientes
donde están sometidos a compresión, lo que hace que
pasen a estado líquido, logrando una considerable
reducción de volumen, con lo que ocupan menor espacio
en el almacenaje y un menor coste en el transporte.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 12
CENTRALES TÉRMICAS CONVENCIONALES
Una central térmica es una instalación
empleada para la generación de energía
eléctrica a partir de la energía liberada en forma
de calor mediante la combustión de
combustibles fósiles como petróleo, gas
natural o carbón. Este calor es empleado para
mover una turbina-alternador y producir energía
eléctrica.
Si la central térmica es de carbón, éste se
traslada por medio de una cinta transportadora
hasta la tolva, donde se pasa a un molino en el que se tritura. A continuación, se introduce en la caldera,
donde se quema para obtener energía calorífica. El calor generado se transmite al agua que circula por
una serie de tuberías. El agua se transforma en vapor a gran presión. El vapor generado se dirige hacia
las turbinas haciéndolas girar a gran velocidad (se transforma la energía térmica en energía mecánica de
rotación). El generador de corriente alterna transforma el giro de la turbina en energía eléctrica.
El vapor que sale de las turbinas vuelve al circuito y para ello se debe enfriar y volver al estado líquido.
La instalación donde se produce la condensación o licuefacción se llama condensador. El agua líquida
forma parte de un circuito cerrado y volverá otra vez a la caldera. Para refrigerar el vapor se recurre a agua
de un río o del mar, la cual debe refrigerarse en torres de refrigeración.
Los humos procedentes de la combustión salen por la chimenea, previo paso por un precipitador
que se encarga de retener las partículas sólidas.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 13
La corriente eléctrica se genera a unos 20.000 V de tensión y se pasa a los transformadores para
elevar la tensión hasta unos 400.000 V, para su traslado hasta los puntos de consumo.
Un esquema típico de una central termoeléctrica es el siguiente:
Este esquema es válido también para las centrales eléctricas a partir de fuelóleo (petróleo) o gas
natural.
CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO
Un ciclo combinado es la combinación de un ciclo de gas y un ciclo de vapor. El ciclo de gas lo
compone la turbinas de gas y el ciclo de vapor está constituido por la caldera de recuperación, la turbina
de vapor y el condensador.
Ciclo de gas
Para entender de un modo sencillo que es una turbina de gas diremos que es como un motor de avión
adaptado a la producción de electricidad en tierra. Está constituido por tres partes: el compresor, la cámara
de combustión, y el expansor.
El compresor capta aire del ambiente y lo
comprime proporcionándole energía de presión.
El aire comprimido pasa a la cámara de
combustión, donde se inyecta el gas natural y tiene
lugar la combustión.
Los gases de combustión resultantes abandonan
la cámara de combustión a unos 1100ºC y una presión
de unos 15 bar, es decir, con un valor energético muy
alto. Atraviesan el expansor cediendo parte de su
energía al rotor del mismo. El rotor hace girar al
compresor y al generador de la turbina donde se
produce energía eléctrica.
Ciclo de vapor
Turbina de vapor
Chimenea
Ventilador Bomba Quemador
Caldera
Vapor
Generador
Condensador
Torre de
refrigeración
AIRE caliente
AGUA FRIA
AGUA CALIENTE
Turbina
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 14
Los gases que abandonan la turbina de gas lo hacen a unos 500ºC y a una presión ligeramente
superior a la ambiental, por lo que aún poseen una cantidad apreciable de energía térmica y sería un
despilfarro devolverlos a la atmósfera.
El objetivo de la caldera de recuperación es captar la energía de estos gases de escape
(cogeneración) para producir vapor de agua.
El vapor de agua se expande en la turbina de vapor, haciendo girar el generador al que ésta se
encuentra unida, produciendo una energía eléctrica adicional a la obtenida por la turbina de gas.
El vapor que abandona la turbina de vapor pasa al condensador donde se condensa y de este modo
se cierra el ciclo de agua.
ENERGÍA NUCLEAR
Isótopos: a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen el mismo número de protones
(nº atómico), pero una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en masa atómica (suma
de protones y neutrones).
Ej: los isótopos del hidrógeno son protio 1H (0
neutrones, 1 protón), deuterio 2H (1 neutrón, 1
protón) y tritio 3H (2 neutrones, 1 protón).
Los isótopos radiactivos son isótopos que tienen un núcleo atómico inestable y emiten energía y
partículas cuando se transforman en un isótopo diferente más estable
Uranio: es un elemento químico metálico de color plateado-grisáceo, su
número atómico es 92 (92 protones y 92 electrones). Su núcleo puede
contener entre 142 y 146 neutrones, sus isótopos más abundantes son el 238U (146 neutrones) y el 235U (143 neutrones).
En la naturaleza se presenta en muy bajas concentraciones en rocas, tierras, agua y los seres vivos.
Para su uso el uranio debe ser extraído y concentrado a partir de minerales que lo contienen. Las rocas
son tratadas químicamente para separar el uranio.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 15
El uranio natural está formado por tres tipos de isótopos: uranio-238 (238U), uranio-235 (235U) y
uranio-234 (234U). De cada gramo de uranio natural el 99,284 % de la masa es uranio-238, el 0,711%
uranio-235 y 0,0085% uranio-234.
El 235U se utiliza como combustible en centrales nucleares y en algunos diseños de armamento
nuclear, ya que es el isótopo que fisiona y produce neutrones. Para producir combustible, el uranio natural
es separado en dos porciones. La porción combustible tiene más 235U que lo normal, denominándose
uranio enriquecido, mientras que la porción sobrante, con menos 235U que lo normal, se llama uranio
empobrecido. El uranio empobrecido es el menos radiactivo y el enriquecido el más radiactivo.
Los dos tipos de reacciones nucleares más importantes en el aspecto energético, es decir, en
cuanto al posible aprovechamiento de la energía desprendida, son las de fisión y las de fusión.
Reacciones de fisión nuclear
Recibe el nombre de fisión una reacción en
la cual un núcleo pesado ( 235U ), al bombardearlo
con neutrones, se descompone en dos núcleos
más ligeros, con gran desprendimiento de
energía y la emisión de dos o tres neutrones, que,
a su vez, pueden ocasionar más fisiones, al
interaccionar con nuevos núcleos fisionables, y
así sucesivamente. Este efecto multiplicador se conoce con el
nombre de reacción en cadena. Se producía una tremenda
liberación de energía y desprendimiento de nuevos neutrones
(generalmente, dos) capaces de seguir la reacción iniciada
(reacción en cadena).
Por término medio, la energía liberada en la fisión de un
núcleo de U-235 es del orden de los 200 MeV y procede de la
pérdida de masa originada en el proceso.
. En una central nuclear, el combustible es óxido de uranio
ligeramente enriquecido en el isótopo 235U, con un grado de
enriquecimiento que oscila entre el 3-5%. Como en una
central térmica clásica, se transforma la energía liberada por
el combustible, en forma de calor, en energía mecánica y
después en energía eléctrica. El calor producido por el
combustible permite evaporar agua que acciona una turbina
la cual lleva acoplado un alternador.
7.2.1. Características de un reactor nuclear
La parte central del reactor, llamada núcleo, contiene el
material combustible y los elementos necesarios para
producir y controlar la reacción de fisión; éstos son el
material moderador y las barras de control.
El combustible, de dimensiones y formas muy variadas
(tubos, placas, cilindros, esferas, etc.), suele estar recubierto
de una capa protectora, llamada vaina, generalmente metálica
y que lo aísla del exterior, para evitar posibles reacciones
químicas y la salida de productos de fisión altamente
reactivos.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 16
Para iniciar la fisión se dispone de una fuente de neutrones, por lo general inmersa en el moderador.
Sin embargo, los llamados reactores rápidos no precisan moderador.
Las barras de control regulan el factor de multiplicación; son barras móviles de boro o cadmio (o
también de hafnio, gadolinio, samario, etc.) que se pueden introducir más o menos en el núcleo del reactor,
modificando el número de fisiones que tienen lugar por unidad de tiempo. Si están totalmente introducidas
en el núcleo la absorción de neutrones es prácticamente total, de manera que la reacción se detiene; a
medida que las barras de control se van extrayendo, el factor de multiplicación aumenta hasta el valor
adecuado.
La energía procedente de la fisión se desprende en forma de calor, que es transportado mediante un
fluido refrigerante, que suele ser agua ordinaria, agua pesada, gas o metal líquido.
Rodeando el núcleo, y para evitar la fuga de neutrones, suele haber un reflector constituido por
material análogo al del moderador. Por último, para proteger el medio contra los neutrones y las
radiaciones producidas, ya sea en el momento de la fisión o posteriormente, se rodea todo el reactor con
un blindaje de hormigón de varios metros de espesor, que frena dichas radiaciones. Suele tener forma
cilíndrica, con una cúpula semiesférica.
El vapor que alimenta la turbina puede ser producido directamente en el interior de la vasija del reactor
(en los reactores de agua en ebullición BWR ) o en un cambiador denominado generador de vapor (en los
reactores de agua a presión PWR ).
PWR (Reactor de agua a presión)
El agua del reactor se calienta (no alcanza nunca la ebullición), y va a un intercambiador de calor
independiente (generador de vapor), donde se genera el vapor necesario para alimentar al grupo turbina-
alternador.
El combustible nuclear calienta el agua del circuito primario. El agua calentada pasa hacia un
intercambiador de calor llamado generador de vapor, donde el calor del agua del circuito primario se
transfiere hacia el agua del circuito secundario para convertirla en vapor. La transferencia de calor se
lleva a cabo sin que el agua del circuito primario y del secundario se mezclen ya que el agua del circuito
primario es radioactiva, mientras que es necesario que el agua del secundario no lo sea. El agua volverá
nuevamente a la vasija del reactor mediante bombas.
El vapor que sale del generador de vapor se utiliza para mover una turbina que a su vez mueve un
generador eléctrico (alternador)). El generador eléctrico está conectado a la red de distribución eléctrica.
Tras pasar por la turbina, el vapor se enfría en un condensador donde se tiene nuevamente agua
líquida que es bombeada nuevamente hacia el generador de vapor. El condensador es enfriado por un
tercer circuito de agua llamado circuito terciario.
Barras de Control
nrc.gov
Vas ija del Reactor
Alternador
Condensador
Presurizador
Generador de Vapor
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 17
BWR (Reactor de agua en ebullición)
Se emplea agua ligera a presión como moderador y refrigerante. El refrigerante alcanza la
temperatura de ebullición al pasar por el núcleo del reactor. Parte del líquido se transforma en vapor y éste
se conduce directamente hacia el grupo turbina-alternador sin necesidad de emplear un generador de
vapor. Tras esto el vapor que sale de la turbina pasa por un condensador que lo enfría obteniéndose
nuevamente agua líquida, la cual es impulsada mediante bombas de nuevo hacia el interior de la vasija
que contiene el núcleo
.
7.2.2. Instalaciones nucleares
España cuenta con instalaciones nucleares que cubren el ciclo de combustible completo:
siete reactores nucleares operativos, una fábrica de combustible nuclear de Juzbado (Salamanca) y
un centro de almacenamiento de residuos radiactivos de muy baja, baja y media actividad en El Cabril
(Córdoba).
Está previsto que España cuente con un Almacén Temporal Centralizado (ATC) de residuos
nucleares de alta actividad en el municipio de Villar de Cañas (Cuenca), que almacenará todo el
combustible nuclear gastado del país
en un único emplazamiento. Hasta
que el ATC esté operativo, el
combustible gastado se encuentra
perfectamente vigilado, controlado y
almacenado en las propias centrales
nucleares bien en piscinas, o en
almacenes temporales individualizados
(ATI). La gestión de los residuos
radiactivos que se producen en España,
así como el desmantelamiento de las
instalaciones nucleares corre a cargo
de la Empresa Nacional de Residuos
Radiactivos (Enresa).
Con tan solo el 7,06% del total de
la potencia instalada, los siete reactores
nucleares españoles han producido
55.612 GWh netos; más de un 21% de
la electricidad que consumimos.
En España hay actualmente dos
centrales nucleares en
desmantelamiento:
Vasija del Reactor
Barras de
Control
Alternador
Condensador
(*) El 1 de agosto de 2017 el Ministerio de Energía anunció la denegación
de la renovación de la autorización de explotación de la central nuclear de
Garoña.
(**) Nuclenor está participada por Endesa 50% e Ibedrola 50%.
Fuente: Foro Nuclear.
U2 – ENERGÍAS NO RENOVABLES - 18
- La central de Vandellós I (Tarragona) cesó su actividad en 1989 y desde 2004 se encuentra en
fase de latencia.
- La central nuclear de José Cabrera (Guadalajara), más conocida como Zorita, cesó su actividad
el 30 de abril de 2006. Actualmente está en fase de desmantelamiento.
La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que
dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y
sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro
núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de
energía.
Para efectuar las reacciones de fusión nuclear, se
deben cumplir los siguientes requisitos:
Debe suministrarse a los núcleos la energía
cinética necesaria para que se aproximen los
núcleos reaccionantes, venciendo así las fuerzas de repulsión electrostáticas. Para ello se necesita
calentar el gas hasta temperaturas muy elevadas (107 ó 108 ºC ), como las que se supone que
tienen lugar en el centro de las estrellas.
El gas sobrecalentado a tan elevadas temperaturas, de modo que quedan electrones libres y los
átomos están altamente ionizados, recibe el nombre de plasma.
Confinamiento necesario para mantener el plasma a elevada temperatura durante un tiempo
mínimo.
Si el plasma se coloca en un recipiente normal, se enfría rápidamente y las paredes se volatilizan.
Lo que se hace es colocar campos magnéticos para que el plasma levite.
Ventajas Desventajas
Enormes posibilidades energéticas del
proceso.
Pérdidas de energía que tienen lugar en los
circuitos de refrigeración
La contaminación atmosférica generada es
prácticamente nula
Elevados costos de las instalaciones
Combustible de larga duración y volumen
reducido).
Complicados dispositivos de seguridad necesarios para evitar fugas radiactivas
Enorme problema que supone el almacenamiento de los residuos radiactivos
