CTM. Ud. 13.- RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINERALES.

RECURSOS ENERGÉTICOS.

            Los recursos energéticos tienen su origen en la gravedad y en las reacciones nucleares. Las reacciones de fusión nuclear que se producen en el Sol emiten energía al espacio en forma de ondas luminosas y caloríficas. La Tierra recibe estas emisiones y las transforma:

a)     Una parte de esta energía calienta desigualmente la atmósfera, produciendo corrientes de vientos: energía eólica.

b)     Otra parte hace que se evapore el agua de los océanos y continentes, iniciando el ciclo del agua: energía hidráulica.

c)      Otra parte es absorbida por las plantas verdes transformándola en energía química y formando materia orgánica: energía fósil o energía de la biomasa.

d)     La energía solar puede ser convertida en energía eléctrica por paneles solares.

Las reacciones de fisión nuclear controlada a partir de minerales radiactivos producen energía nuclear.

El calor interno de la Tierra es producto de la energía gravitacional y rotacional de la Tierra: energía geotérmica.

El efecto de la gravedad de la Luna y el Sol produce las mareas: energía mareomotriz.

            En la actualidad se investigan nuevos recursos energéticos: fusión nuclear, hidrógeno, olas, corrientes, etc.

            Se clasifican las energías en tres tipos principales:

•         Energías convencionales: combustibles fósiles, energías nuclear e hidroeléctrica.

•         Energías renovables: energías con tasa de renovación corta.

•         Energías alternativas: energías de bajo impacto ambiental.

1.- USO DE LA ENERGÍA.

1.1.- Calidad de la energía.

            Es la capacidad de producir trabajo útil por unidad de masa o volumen. La energía de mayor calidad será la más concentrada (carbón, petróleo), y la de menor calidad, la más dispersa (viento, calor almacenado en los mares). Hay varias categorías de calidad: muy alta, alta, moderada y baja, expresadas en la siguiente tabla:

Calidad	Tipo de energía	Utilidad
Muy alta	Electricidad, Térmica, Luz solar concentrada, Nuclear	Industria, iluminación, motores
Alta	Térmica, Gasolina, Gas natural, Carbón, Comida	Industria, iluminación, motores
Moderada	Luz solar, flujo agua, Vientos fuertes, Biomasa, Térmica hasta 1000º C	Vapor, electricidad y agua caliente
Baja	Térmica a bajas Tª, agua y vientos flojos, Geotérmica dispersa	Calentamiento de casa y locales

1.2.- Rentabilidad económica de la energía y sistemas energéticos.

La rentabilidad económica de la energía viene dada por su accesibilidad, facilidad de explotación y transporte.

Llamamos sistema energético al conjunto de procesos realizados sobre la energía desde su extracción hasta su uso final. Las fases de un sistema energético serán:

•         Proceso de captura o extracción de la fuente energética.

•         Proceso de transformación en energías secundarias.

•         Transporte hasta los lugares de utilización de la energía. Un convertidor es un componente del sistema energético (presa, caldera, motor, etc.) que permite la transformación de una forma de energía en otra para facilitar su transporte o uso.

•         Consumo de dicha energía.

1.3.- Rendimiento y coste energético.

            El rendimiento energético de un sistema es la relación entre la energía obtenida de un sistema y la que le ha sido suministrada, es decir, el cociente entre salidas y entradas, expresada en porcentaje (%).

            El rendimiento siempre será menor del 100%, por ej.- el de un automóvil es de un 19%, debido a que existen pérdidas energéticas, algunas de las cuales inevitables (las debidas al incremento de la entropía), otras que podrán solventarse (las debidas a imperfecciones o fallos de los sistemas involucrados).

            El coste energético es el precio que pagamos por utilizar la energía secundaria (recibo de la luz, coste de la gasolina). Existen además costes ocultos asociados con los equipos e instalaciones implicadas en el proceso energético (construcción y mantenimiento de instalaciones, eliminación de impactos, etc.)

2.- ENERGÍAS CONVENCIONALES.

2.1.- Combustibles fósiles.

            El 79,6% de la energía comercial usada en el mundo procede de los combustibles fósiles, que tienen el inconveniente de incrementar el efecto invernadero debido a la emisión de CO₂ y otros gases. Son recursos no renovables, y posiblemente, si no hay otras alternativas energéticas, pueden acabar agotándose.

            Hay que saber distinguir la diferencia entre recurso y reserva:

• Recurso: estimación teórica de la cantidad total de un combustible fósil o un mineral en la corteza terrestre.
• Reserva: cantidad descubierta de un combustible fósil cuya explotación resulta económicamente rentable.

2.1.1.- El carbón.

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.

El carbón se formó, principalmente, cuando los extensos bosques de helechos y equisetos gigantes que poblaban la Tierra hace unos 300 m.a., en el período 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 iban acumulando grandes cantidades de plantas muertas. Con el tiempo, nuevos sedimentos cubrían la capa de plantas muertas, y por la acción combinada de la presión y la temperatura, la materia orgánica se fue convirtiendo en carbón.

Según las presiones y temperaturas que los hayan formado, distinguimos cuatro tipos de carbón: turba, lignito, hulla (carbón bituminoso) y antracita. Cuanto más altas son las presiones y temperaturas, más compacto, rico en carbono y con mayor poder calorífico es el carbón obtenido.

La turba es pobre en carbono (45-60%) es muy mal combustible. El lignito (60-70% de C) sigue siendo mal combustible, aunque se usa en algunas centrales térmicas. La hulla es mucho más rica en carbono (75-90%) y tiene un alto poder calorífico, por lo que es muy empleada en plantas de producción de energía. Está impregnada de sustancias bituminosas de cuya destilación se obtienen interesantes hidrocarburos aromáticos y un tipo de carbón muy usado en siderurgia llamado coque, pero también contiene mucho azufre, muy contaminante. La antracita (90-95% de C) es el mejor de los carbones: es muy poco contaminante y posee un gran poder calorífico.

El carbón se usa como combustible de alto poder calorífico. Es el más abundante de todos los combustibles fósiles, pero también es el más sucio, pues contiene mucho azufre que se libera en forma de SO₂ con la combustión, contribuyendo en gran medida a la lluvia ácida, y emite el doble de CO₂ que el petróleo.

Las explotaciones de carbón se pueden realizar a cielo abierto y en minas. Las primeras son más económicas, pero su impacto ambiental y paisajístico es mayor. Si el yacimiento es más profundo habrá que perforar una mina, lo cual es más costoso y peligroso para los trabajadores (derrumbamientos, colapsos, explosiones, enfermedades como la silicosis), y además crean impacto paisajístico debido a las escombreras, contaminan el aire con nubes de polvo y las aguas subterráneas y superficiales por lixiviados.

            El carbón se quema en las centrales térmicas para producir electricidad. El calor obtenido en la combustión se emplea para obtener vapor de H₂O, que hará girar unas turbinas que a su vez moverán unos alternadores que transformarán la energía mecánica en eléctrica. Con el actual ritmo de consumo se calculan reservas de carbón para algo más de 200 años, aunque si se tienen en cuenta las que no son fáciles de explotar en el momento actual, las reservas podrían llegar para otros mil años.

2.1.2.- El petróleo.

            El petróleo se originó hace millones de años debido a la muerte masiva de plancton marino debido a cambios bruscos de Tª o salinidad. Al sedimentar en cuencas marinas junto con cienos y arenas, se formaron los barros sapropélicos, donde la materia orgánica, en ausencia de O₂, fermentó, convirtiéndose en hidrocarburos, mientras que los cienos y arenas se convirtieron en rocas sedimentarias (margas y areniscas) que conforman la roca madre, impregnada por los hidrocarburos.

            Al irse enterrando los restos orgánicos aumenta la Tª de 40 a 60 ºC, y a unos 2 km de profundidad comienza la maduración. En la primera etapa, que puede durar 1 millón de años, se forman betunes y asfaltos, que al impregnar los sedimentos dan lugar a arenas asfálticas y pizarras bituminosas. A mayor profundidad (6-7 km) y Tªs de 200 a 250ºC se forma el gas natural.

            Debido a su baja densidad, el petróleo asciende hacia la superficie. Si consigue llegar a ella, se evapora, dejando un residuo bituminoso (pizarras bituminosas). Si queda atrapado por una roca impermeable se acumula impregnando las rocas inferiores (rocas almacén), formando lo que se llama una trampa. Debajo de la roca almacén se acumula agua salada, y encima, gas metano (CH₄).

            El petróleo se extrae en forma de crudo, formado por una mezcla de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos, sin ninguna aplicación directa, por lo que debe ser refinado por una serie de procesos conocidos como destilación fraccionada, en los que se va elevando la Tª progresivamente, con lo que se van separando las fracciones de menor a mayor punto de ebullición: primero los gases (Metano, etano, butano), luego los líquidos (gasolina, fuel, queroseno), y por último los productos sólidos (alquitrán, betunes).

            El principal uso del petróleo es como combustible para el transporte (gasolina y gasóleo para automóviles, queroseno para aviones), pero también se usa el fuel para las centrales térmicas, en la industria química, para las calefacciones, etc.

2.1.3.- El gas natural.

            Procede de la fermentación de materia orgánica acumulada en los yacimientos de carbón y petróleo, con la diferencia de que el gas natural se forma en condiciones de presión y Tª mayores. Está constituido por una mezcla de gases, fundamentalmente metano, etano, propano y butano. Su extracción es muy sencilla, fluye por sí sólo una vez realizada la perforación, y se transporta fácilmente mediante gasoductos, o en barcos similares a los petroleros previa licuefacción por enfriamiento.

            El gas natural se utiliza directamente en los hogares (calefacción, cocinas, etc.) y en la industria. En las centrales térmicas comienza a sustituir al carbón, es más eficiente incluso que el petróleo (mayor poder calorífico). Produce un 65% menos de CO₂ que el carbón y el petróleo y no emite NO_x ni SO₂, por lo que no causa lluvia ácida. Está descrito por los analistas como el combustible ideal, y además sus yacimientos están más dispersos que los petrolíferos, por lo que su suministro es menos sensible a conflictos políticos.

2.2.- Energía nuclear: fisión.

            Es la energía procedente de la conversión de materia en energía en las reacciones nucleares. Es la fuente de energía más polémica, su uso cuenta tanto con defensores como con detractores a ultranza. La liberación de energía nuclear se puede realizar mediante dos procesos: la fisión y la fusión. La primera se produce por rotura de átomos y la segunda por unión.

2.2.1.- La fisión nuclear.

Consiste en dividir el núcleo de un elemento fisible (como los isótopos) mediante el bombardeo de neutrones con el fin de obtener energía. Por ejemplo, al dividirse un núcleo de uranio-235, por el impacto de un neutrón, en dos núcleos más ligeros, se libera energía y neutrones más rápidos, que si chocan con otros núcleos de uranio-235 lo volverán a romper (reacción en cadena).

Es una energía muy productiva, ya que una vez activada la reacción ésta se desencadena sin necesidad de nuevos aportes de energía y con muy poco gasto de combustible. También éste es el principal problema, ya que la energía desencadenada debe ser controlada y neutralizada para que no escape del reactor nuclear.

La fisión se produce en reactores nucleares, y como combustible se emplea URANIO 235. En la Naturaleza sólo un 0,7% del Uranio es 235, por lo que antes de ser usado tiene que ser “enriquecido” por un proceso de centrifugación que lo separa del Uranio 238 (no fisionable).

Una vez enriquecido se transforma en óxido de Uranio y se fabrican pastillas. Estas pastillas se introducen en vainas metálicas, y éstas a su vez en barras.

Un reactor nuclear consta de:

1.       El combustible: barras de uranio.

2.      El generador de vapor que aprovecha el calor producido por la fisión para hacer hervir agua.

3.      La turbina que produce electricidad con la energía contenida en el vapor.

4. El condensador en el cual se enfría el vapor, convirtiéndolo en agua líquida.

La reacción nuclear comienza con la introducción de las barras de combustible intercaladas con unas decenas de barras de control que absorben los neutrones. Introduciendo estas barras de control se controla el ritmo de la fisión nuclear, ajustándolo a las necesidades de generación de electricidad.

En las centrales nucleares suele haber un circuito primario de agua que se calienta por la fisión del uranio. Este circuito forma un sistema cerrado en el que el agua circula bajo presión para que permanezca líquida a pesar de que la temperatura que alcanza es de unos 293ºC.

Con el agua del circuito primario se calienta otro circuito de agua, llamado secundario. El agua de este circuito secundario se transforma en vapor a presión que es conducido a una turbina. El giro de la turbina mueve a un generador, que es el que produce la corriente eléctrica. Finalmente, el agua es enfriada en torres de enfriamiento, o por otros procedimientos.

            Una vez agotado el combustible nuclear, el destino de los residuos puede seguir dos caminos: en los circuitos cerrados, las barras de combustible agotadas se pueden reprocesar, extrayendo el plutonio y otros isótopos que serán utilizados como combustible nuclear, mientras que el uranio restante se enriquece hasta convertirlo en uranio-235, que será de nuevo utilizado, reduciéndose así la demanda de este isótopo y minimizando el problema de los residuos nucleares (activos durante unos 10.000 años).

            En los circuitos de ciclo abierto, los residuos se almacenan provisionalmente en piscinas de enfriamiento dentro del reactor y, más tarde y de forma definitiva, en los llamados cementerios nucleares.

2.2.2.- Ventajas de la fisión nuclear:

• Alto poder energético: 1 Kg. de uranio produce 10⁶ veces más energía que 1 Kg. de carbón.
• No libera CO₂ ni compuestos azufrados a la atmósfera.

2.2.3.- Inconvenientes de la fisión nuclear:

• Contaminación térmica del agua de los ríos o lagos utilizada para la refrigeración del reactor.
• Durante las fases de extracción, enriquecimiento y utilización en los reactores aparecen isótopos radiactivos de vida corta que provocan efectos perniciosos en los seres vivos.
• Los reactores nucleares son susceptibles de sufrir sabotajes y accidentes que podrían ocasionar escapes radiactivos muy peligrosos (Chernobyl).
• Los residuos nucleares producidos mantienen su actividad durante mucho tiempo (10.000 años) y todavía no se conoce la forma de eliminarlos definitivamente, por lo que hay que enterrarlos en cementerios nucleares “supuestamente seguros”.
• Las centrales nucleares poseen una vida limitada de 30-40 años.
• Las centrales nucleares ocasionan dependencia tecnológica del exterior.
• Es una fuente de energía no renovable, pues el combustible usado es un mineral que tarda millones de años en formarse en la Naturaleza.

2.2.4.- Futuro de la fisión nuclear.

Las investigaciones se están centrando en conseguir mejores medidas de seguridad:

• Conseguir automatismos de control para evitar fallos humanos.
• Construcción de doble pared para el núcleo del reactor y así evitar posibles fugas se radiación.
• Duplicar los sistemas de seguridad.
• Construir reactores más pequeños y más fáciles de refrigerar.

2.3.- Energía de fusión nuclear.

En la actualidad está en experimentación y aunque se han conseguido algunos resultados iniciales, el gasto energético de su puesta en funcionamiento ha sido muy alto en comparación con el rendimiento. Si se consiguiese sería una energía altamente rentable y poco problemática.

La fusión se produce de forma natural en las estrellas. Nuestro Sol es un reactor de fusión nuclear. El proceso consiste en unir núcleos atómicos ligeros para obtener un núcleo más pesado, liberándose en el proceso una gran cantidad de energía. En el Sol la fusión nuclear se produce entre dos núcleos de Hidrógeno para dar Helio. En los reactores las reacciones se hacen entre deuterio-deuterio y deuterio-tritio.

Para que la reacción sea posible es necesario acercar los núcleos entre sí venciendo las elevadas fuerzas de repulsión entre ellos. Esto se consigue aumentando la presión y la Tª, que hacen aumentar la densidad de las partículas y la energía de los choques. Se requieren temperaturas del orden de 100 millones de grados, a las cuales los átomos se encuentran en un nuevo estado de la materia llamado “plasma”, un gas ionizado en el que los núcleos y los electrones están separados.

Hasta la fecha sólo se ha conseguido la energía de fusión nuclear con fines bélicos (bomba atómica), pero no se ha logrado controlar la reacción en un reactor de fusión, ya que no existe ningún material capaz de soportar estas temperaturas. Actualmente se están experimentando dos tipos de confinamiento:

a)     El confinamiento magnético, que consiste en un contenedor de paredes magnéticas en forma de rosquilla, capaz de contener el plasma en las condiciones de presión y Tª requeridas para la reacción. Las partículas se mueven dentro de ese campo magnético.

b)     El confinamiento inercial, consistente en someter pequeñas bolitas de combustible deuterio-tritio a pulsaciones de rayos láser de alta potencia que las obligaría a comprimirse, transformándose el combustible en plasma y haciendo posible la reacción.

La fusión nuclear es considerada la energía del futuro debido a las siguientes ventajas:

o   El suministro de combustible es inagotable: en el agua hay 1 átomo de deuterio por cada 6.700 átomos de Hidrógeno.

o   No produce residuos radiactivos peligrosos.

o   No presenta riesgo de accidentes, ya que no hay una masa crítica capaz de descontrolar la reacción.

2.4.- Energía hidráulica o hidroeléctrica.

            La energía hidráulica aprovecha la energía potencial del agua procedente de la lluvia o del deshielo de la nieve que fluye desde las montañas a los mares y océanos impulsada por la gravedad para producir energía eléctrica.

            Una central hidroeléctrica consta de un embalse regulador que almacena el agua, desde donde se canaliza a través de un túnel o tubería hasta el edificio de la central; allí se encuentran las turbinas, las cuales impulsan un generador que produce la energía eléctrica.

2.4.1.- Ventajas de la energía hidráulica.

• Es una energía renovable, limpia y autóctona.
• Tiene un bajo coste de explotación, ya que el coste del combustible es nulo.
• Constituye un sistema de almacenamiento de energía cuando hay excedentes, ya que existen turbinas que pueden invertir su funcionamiento, utilizando electricidad bombean agua que, tras atravesar la turbina, es devuelta al embalse y utilizada de nuevo para producir electricidad durante períodos de gran consumo.
• Regula el cauce fluvial paliando los efectos de las grandes avenidas.

2.4.2.- Inconvenientes de la energía hidráulica.

• La construcción de un gran embalse implica la inundación de excesivas áreas, ocasionando un importante impacto ambiental local (a veces se han tenido que desplazar pueblos enteros).
• Los embalses actúan como trampas para el sedimento, ocasionando un déficit de aportes fluviales en la desembocadura. De esta forma se favorece la erosión de deltas y barras costeras existentes en las costas sedimentarias, transformándolas en erosivas.
• Tienen un tiempo de explotación limitado, ya que los sedimentos arrastrados acaban colmatando (rellenando) los embalses, inutilizándolos.
• Presentan posibles riesgos debidos a la rotura de diques por avenidas o terremotos.

A pesar de todo esto, la valoración de este tipo de energía es positiva. Actualmente se está impulsando la construcción de minicentrales hidroeléctricas, pues se estima que la construcción de un miniembalse causa un impacto ambiental menor.

3.- ENERGÍAS ALTERNATIVAS.

            Casi todas estas energías tienen las ventajas de ser renovables y de bajo impacto ambiental. Algunas son nuevas, otras no tanto. El problema principal para su adopción como nuevas fuentes de energía es la inexistencia en muchos casos de infraestructuras para su uso. Veremos algunas:

3.1.- Energías procedentes del Sol.

            La energía directa constituye la mayor fuente energética terrestre. Existen tres fuentes de utilización: la arquitectura solar, las centrales solares fotovoltaicas y las centrales térmicas solares.

3.1.1.- Arquitectura solar o bioclimática.

            La arquitectura solar consiste en un conjunto de soluciones arquitectónicas para el aprovechamiento térmico de la radiación luminosa en los hogares, donde se gasta mucha energía en calentarlos, enfriarlos e iluminarlos.

Para ahorrar energía se pueden construir edificios con grandes ventanales en la fachada sur para que capten más tiempo la luz solar, con muros de inercia que acumulan calor, doble acristalamiento en las ventanas, paneles solares en los tejados, etc. Estas medidas pueden llegar a suponer un ahorro del 50% de la energía de la calefacción.

3.1.2.- Energía fotovoltaica (paneles solares).

            La energía fotovoltaica es el tipo de energía renovable más novedosa, por la cual la luz se transforma directamente en electricidad al incidir sobre un cristal de un material semiconductor (como el silicio) que constituye una celda fotovoltaica. La luz produce un movimiento de electrones en el interior del material que da origen a una diferencia de potencial en la célula fotovoltaica, produciéndose una corriente eléctrica. La energía fotovoltaica puede aplicarse para aportar energía a dispositivos de señalización, faros, sistemas de seguridad aérea, teléfonos de urgencia en carretera, satélites artificiales, estaciones espaciales, instrumentos de bolsillo como calculadoras o relojes, etc.

Las ventajas de la energía fotovoltaica son:

•  Genera electricidad sin contaminación, sin ruido y sin partes movibles.
• Sus instalaciones requieren un mantenimiento mínimo y no requieren agua.
• Pueden establecerse paneles solares en cualquier lugar, como poblaciones rurales o zonas pobres, pues no poseen red de distribución eléctrica.

Entre los inconvenientes encontramos:

• La fabricación de la celda fotovoltaica, con silicio monocristalino, es muy costosa.
• Se necesita bastante espacio para instalar los paneles solares.
• Los paneles solares producen un gran impacto visual.

3.1.3.- Centrales térmicas solares.

            Aquí se emplea la energía electromagnética solar para la producción de electricidad, para lo que hay que capturar y concentrar la luz solar en un colector. Esta energía servirá para calentar fluidos, normalmente agua, que se utilizará con diferentes fines.

            Una instalación térmica solar típica consta de unos colectores térmicos (conjunto de espejos, parabólicos, cilindroparabólicos, o espejos planos que se mueven siguiendo al sol, que concentran la luz en una zona central si son individuales  o una torre central si es un conjunto). Una vez concentrado este calor se utiliza para calentar un líquido (aceite o agua) que circula por un circuito cerrado. Esta circuito calienta a su vez a agua que circula por otro circuito, transformándola en vapor, encargado de mover una turbina conectada con un generador de energía eléctrica.

 Las ventajas de la energía solar:

• Es una energía inagotable, limpia y autóctona.
• Una vez concentrda, posee una elevada calidad energética.
• Es independiente del exterior.
• Tiene un bajo impacto ambiental.

Los inconvenientes son:

• Es un tipo de energía irregular y dispersa.
• Los excedentes energéticos son difíciles de almacenar.

3.1.4.- Energía de la biomasa.

            La biomasa es una importante fuente de energía, ya que es potencialmente renovable, barata, limpia (posee un balance cero de emisiones de CO₂ pues emite a la atmósfera la misma cantidad que absorbe) y requiere tecnologías poco complejas.

            Se define como el conjunto de materia orgánica de procedencia tanto animal como vegetal que contiene energía en sus enlaces químicos y por tanto puede ser transformada por el hombre en energía útil. La biomasa es proporcionada por muy variados productos: leña, madera, excrementos procedentes de granjas, basuras con restos de alimentos, cartones, papeles, etc.

            Debido a su alto contenido en residuos inutilizables (15-90%) y su volumen el transporte de este tipo de energía es caro e ineficiente, por lo que es necesario realizar la transformación en el mismo punto en el que se obtiene la biomasa.

            El uso de la energía almacenada en la biomasa será renovable siempre que replantemos tantos árboles y plantas como utilicemos.

            La biomasa como fuente de energía presenta dos modalidades:

-       Quema directamente (biomasa energética)

-       Biomasa transformada en otros combustibles (biogás bioalcoholes, bioaceites)

La biomasa energética se obtiene por la quema directa de leña, R.S.U.= Residuos Sólidos Urbanos, residuos forestales….). Se emplea para calefacción o agua caliente en viviendas y para obtener energía eléctrica en centrales térmicas de biomasa. . Para minimizar la contaminación se han de depurar las partículas sólidas que emiten sus gases o filtrados.           

Transformación en biocombustibles.

Los residuos orgánicos pueden transformarse mediante la acción de las bacterias y otros procesos en biofueles líquidos o gaseosos. Uno de ellos es el biogás, compuesto por 60% de CH₄ y 40% de CO₂, producido por la descomposición anaerobia de los residuos y obtenido mediante la inserción de tuberías en el terreno donde se hayan enterrado los residuos.

            Otros biocombustibles son: el etanol, que se puede obtener de la fermentación y destilación de cereales, remolacha y caña de azúcar; el metanol, que se puede obtener a partir de madera, restos agrarios, basuras y carbón; los bioaceites, producidos a partir de semillas oleaginosas como la colza, el girasol o la soja, que pueden utilizarse sin refinar en motores diesel modificados, o mediante un procesado químico previo en cualquier motor diesel, e incluso mezclados con combustibles fósiles.

            Los problemas que presentan los biocombustibles son: cambios en los motores de los coches, carácter corrosivo de los alcoholes, emisiones de NO_x y emisiones de formaldehído, cancerígeno.

3.1.5.- Energía eólica.

            La energía eólica es la energía que produce el desplazamiento del aire (viento), y procede directamente de la energía solar.

            Para convertir la energía eólica en energía eléctrica se utilizan los molinos de viento acoplados a aerogeneradores que producen electricidad. Son máquinas rotativas de diseño y tamaño variables. Actualmente se utilizan aeroturbinas de diversas potencias según las instalaciones, bien sean aisladas, bien agrupadas, formando los parques eólicos.

Las aplicaciones de la energía eólica son las siguientes:

• Las instalaciones de gran potencia se utilizan para su conexión a la red general.
• Los equipos de apoyo de menor potencia se utilizan para reducir costes de consumo energético en diversos emplazamientos.
• Permite la electrificación de enclaves rurales remotos aislados de la red general.
• Posee aplicaciones específicas, como el suministro de electricidad a equipos de desalación de agua, bombeo en extracciones de agua, etc.

Las ventajas de la energía eólica son:

• Es una energía limpia, pues no genera ninguna contaminación, e inagotable.
• Requiere bajos costes de instalación.
• Contribuye a reducir el consumo de energías no renovables y al desarrollo sostenible

Los inconvenientes son:

• No constituye una fuente constante de energía, depende de la intensidad y la dirección de los vientos.
• La energía producida durante los flujos de viento fuertes es difícil de almacenar.
• Se produce impacto ambiental local, que afecta negativamente a las aves y al paisaje

3.2.- Energías independientes de la energía solar.

3.2.1.- Energía maremotriz.

            Es un tipo de energía procedente de las mareas, las cuales se originan debido a la atracción de la Luna y del Sol sobre el agua del mar, y se producen debido a la energía de rotación que tiene nuestro planeta, lo que ocasiona estos desplazamientos periódicos del nivel del mar.

            El aprovechamiento de su energía se realiza mediante la instalación de turbinas en la entrada de algunas bahías o ensenadas, donde el nivel entre pleamar y bajamar puede alcanzar unos 10 metros. La energía maremotriz sólo se podrá establecer en los lugares donde las mareas sean muy marcadas. En el caso de España, las ideales son las mareas del Mar Cantábrico y del océano Atlántico; las del Mediterráneo son casi imperceptibles.

3.2.2.- Energía de las olas.

            La energía cinética del oleaje, producida por corrientes persistentes de aire (viento), se puede extraer mediante flotadores gigantes anclados al fondo marino. Los constantes movimientos verticales de esta masa flotante serían conducidos por mecanismos a un generador eléctrico. Este tipo de energía se halla en fase de experimentación.

3.2.3.- Energía geotérmica.

            Esta energía térmica del interior terrestre, que en determinadas zonas se manifiesta en forma de manantiales de agua caliente e incluso vapor, es considerada como renovable, ya que la extracción de calor es compensada continuamente por el calor que existe en el interior del planeta.

            Los yacimientos geotermales se encuentran localizados en ciertos puntos de la Tierra relacionados con actividad volcánica (puntos calientes o dorsales oceánicas).

Para el aprovechamiento de esta energía se realizan perforaciones a través de las cuales se inyecta agua hacia el yacimiento geotérmico, y una vez se ha calentado, se extrae para su empleo en calefacciones. Si emerge vapor de agua, se utiliza para la producción de energía eléctrica.

Ventajas de la energía geotérmica:

• Las comunes a toda energía renovable, destacando el bajo coste de las instalaciones y la sencillez de las explotaciones.

Inconvenientes:

• Los yacimientos geotérmicos son escasos.
• La baja conductividad de las rocas dificulta la extracción de calor, limitando su uso.
• Es una energía difícil de transportar, por tanto su utilización ha de realizarse cerca del yacimiento.
• Las instalaciones poseen una vida útil de unos 50 años.
• En España es un sector de escaso desarrollo.

3.2.4.- El hidrógeno como combustible.

            La producción de hidrógeno se realiza mediante la hidrólisis del agua. Utilizando una corriente continua de agua, se separa en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno.

            El hidrógeno así obtenido, al igual que el gas natural, se puede quemar para obtener energía. Pero a diferencia del gas natural, el subproducto resultante no es CO₂, sino H₂O.

            Otra forma de utilización del hidrógeno es para producir electricidad directamente en forma de pila de combustible. Su funcionamiento se basa en combinar, mediante el uso de un catalizador, hidrógeno y oxígeno, y en el proceso se liberan electrones (electricidad) y agua. Este tipo de energía se está comenzando a aplicar como combustible para automóviles eléctricos y para obtener electricidad en hogares.

4.- USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA.

            A partir de la crisis del petróleo se ha planteado una nueva fuente de energía: el ahorro. Una medida de ahorro es la cogeneración de energía: producción combinada de dos formas útiles de energía (electricidad y vapor de agua, por ejemplo) a partir de una única fuente de combustible.

            Es conveniente tomar medidas específicas respecto al uso de energía, como:

• Aumentar la eficiencia en el sistema eléctrico, incentivando el ahorro mediante los llamados negavatios (vatios negativos), sistemas de ayudas económicas para que los consumidores compren bombillas y aparatos eléctricos más eficientes.
• Valoración del coste real de la energía que consumimos. La valoración del ciclo de vida de los aparatos eléctricos se lleva a cabo de la siguiente manera:

Coste del ciclo de vida: precio del aparato + (gasto anual de energía x tiempo de vida estimado). Así se valora el ahorro que implica su uso.

• Reducción del consumo en los diferentes sectores. En España el sector que consume más energía es el transporte, seguido de la industria y el del hogar. Por esto las compañías de automóviles están comercializando vehículos más eficientes especialmente indicados para el transporte urbano.

En el consumo industrial, las que más energía consumen son las industrias relacionadas con el procesado de los minerales no metálicos (cemento, cerámica y vidrio) y en el hogar los gastos en calefacción y agua caliente.

• Medidas de ahorro personales: usar el transporte público, utilizar la arquitectura solar en la medida de lo posible, aislar techos y paredes e instalar dobles ventanas, comprar electrodomésticos eficientes, lámparas de bajo consumo, ollas a presión, instalar termostatos en los aparatos eléctricos, aumentar el reciclado de vidrio y papel.

5.- RECURSOS MINERALES.

            Nuestra sociedad necesita un flujo continuo de materias primas paralelo al de la energía, entre las que destacan, por su importancia, los recursos minerales.

            Podemos clasificar los recursos minerales en metalíferos y no metalíferos (fertilizantes, combustibles fósiles y materiales de construcción).

5.1.- Recursos minerales metalíferos.

            Se emplean en la obtención de metales, y energía en el caso del uranio.

            Los minerales se extraen de los lugares en los que se hallan concentrados, que son los yacimientos. Los minerales se encuentran asociados a otros minerales o rocas que no tienen valor económico (ganga); al mineral con valor económico en sí se le llama mena. El yacimiento, para que sea rentable, tiene que contener una proporción elevada de mena. Las explotaciones de un yacimiento se denominan minas, las cuales pueden ser a cielo abierto o subterráneas.

            Una vez extraído el mineral de la mina, los metales no se encuentran en estado puro y tienen que someterse a procesos tecnológicos de purificación, obteniéndose como subproductos escorias que se acumulan en montones junto a la explotación.

            La explotación de un mineral depende de su interés económico. En cierto tiempo, el mineral más explotado fue el cobre, pues era la materia prima base, pero actualmente se recicla y es sustituido por otros materiales conductores, por ejemplo en las cañerías está siendo sustituido por el PVC. Hoy día se solicita el silicio para obtener de él filtros ópticos que se utilizan en las tecnologías de la información. El silicio se extrae de las arenas. La tendencia general es ir sustituyendo unos minerales por otros para que ninguno se agote.

            Los minerales metalíferos se subdividen en:

a) Abundantes. Aluminio, hierro, magnesio, cromo, titanio.

b) Escasos. Cobre, plomo, zinc, estaño, plata, oro, mercurio.

5.1.1.- Ejemplos de minerales y los metales extraídos de ellos.

Mineral	Metal	Utilización
Bauxita	Aluminio	Construcción, industria aviadora y automóviles
Magnetita, hematites, limonita, siderita, pirita	Hierro	Importante en el sector industrial
Galena	Plomo	Tuberías, baterías y gasolinas,
Cuprita, calcopirita, malaquita y azurita	Cobre	Muy usado en la antigüedad, su aleación con zinc origina latón, y con estaño, bronce.
Casiterita	Estaño	Fuselaje de aviones, soldaduras
Blenda	Zinc	Fabricar latón. Hoy día se emplea en el galvanizado.
Cinabrio	Mercurio	Termómetros
Uraninita	Uranio	Energía atómica

5.1.2.- La minería.

            La minería a cielo abierto causa graves impactos en el medio ambiente, ya que remueve inmensos volúmenes de tierra que luego son abandonados, dejando el suelo en una situación de degradación total, además de un considerable impacto medioambiental y paisajístico.

            Los impactos más importantes producidos por la actividad minera son:

• Impactos sobre la atmósfera (polvo, gases, contaminación sonora de la maquinaria, etc.)
• Impacto sobre las aguas: contaminación de las aguas superficiales por escorrentía, arrastre de partículas sólidas, elementos tóxicos, contaminación de las aguas subterráneas (acuíferos) por aceites o hidrocarburos.
• Impactos sobre el suelo: ocupación irreversible del mismo, modificación de su uso.
• Impactos sobre la flora y la fauna por eliminación de la cubierta vegetal.
• Impactos sobre la morfología del paisaje.

En cuanto a las medidas de corrección, según la Normativa Española se deben realizar estudios y evaluaciones del impacto ambiental y proyectos de restauración de las zonas afectadas.

- El impacto paisajístico se reduce plantando árboles que sirvan de pantalla, regenerando la vegetación natural gradualmente, prohibiendo las explotaciones en zonas de alto impacto paisajístico, ocultando desmontes y movimiento de tierras en rutas turísticas, etc.

- La contaminación del aire y el agua se reduce tratando de evitar las emisiones, con diques de almacenamiento adecuados (Aznalcollar), o utilizar tratamientos químicos antes de emitir residuos.

- Replantar las zonas afectadas, aunque no siempre es fácil.

- Repoblar de organismos iguales o similares a los que fueron desplazados

- Rehabilitación de los terrenos: Integración paisajística, estabilización de los terrenos, protección de los recursos hidráulicos, reducción y control de la erosión.

            En cuanto a medidas de prevención encontramos:

- Aprovechamiento de las materias primas. Uso de residuos para otras actividades, reciclaje.

- Explotación racional y sostenible de los recursos no agotándolos.

- Uso de energía de bajo consumo. (La mayor parte de los problemas agrícolas, mineros, etc. se acrecientan por el uso de combustibles fósiles que contaminan y agotan a su vez este recurso).

- Sustitución del uso de materiales cuya extracción supone un mayor gasto energético.

5.2.- Recursos minerales no metalíferos.

            En este grupo se incluyen los combustibles fósiles y los usados como fertilizantes y materiales de construcción.

5.2.1.- Minerales usados como fertilizantes.

Ø  El fósforo, obtenido del apatito. Se encuentra en pequeñas cantidades en las rocas. Se deposita en los sedimentos oceánicos.

Ø  El nitrógeno, que se fija de forma natural en la atmósfera y en los seres vivos, y de forma artificial en las industrias.

Ø  El potasio, que se obtiene de las sales silvina y carnalita, depositadas por evaporación del agua marina.

Ø  El azufre, empleado como fertilizante, insecticida y fungicida (contra los hongos), y que se obtiene del mineral pirita (S₂Fe)

5.2.2.- Rocas empleadas en la construcción: áridos.

            Estos recursos son los de mayor volumen. Se obtienen de todos los tipos de rocas conocidas; algunos se emplean tal y como se encuentran en la naturaleza, mientras que otros hay que transformarlos. Se denominar áridos y su mayor problema es el transporte. Tenemos:

Ø  Bloques de piedra. Se usa la roca tal y como se encuentra en la naturaleza y se extrae de las canteras. En la antigüedad se hacían con ellas edificios, viviendas, puentes, murallas, cercas de cultivos, empedrados de calles. Las rocas se extraían de canteras cercanas a las ciudades. Por ej.- en Salamanca se utilizó arenisca, en Madrid se trabajó con el granito de la sierra, en Cuenca se utilizó mucho la caliza, y en Galicia se construyeron muchas casas con pizarras.

Actualmente se usan con carácter ornamental para fachadas, pavimentos, cocina, etc. pulidas previamente. También se usa el mármol en construcción y fabricación de estatuas.

Ø  Rocalla. Es cualquier tipo de roca triturada que se usa para construir el firme de las carreteras, en vías de ferrocarril y para la fabricación de hormigón.

Ø  Arenas y gravas. Las gravas se extraen de las graveras y las arenas, de las orillas de los ríos, playas y flechas litorales. Originan graves impactos ambientales (polvo, ruido, deterioro del entorno y destrucción visual del paisaje).

Ø  Cemento. Es una mezcla de caliza y arcilla que se cuece a más de 1.400 ºC para que pierda agua y CO₂. Posteriormente se tritura. Al añadir agua de nuevo, se endurece y proporciona cohesión a los materiales de construcción. Las fábricas de cemento o cementeras se instalan cerca de las canteras de caliza, ya que la arcilla abunda allí.

Ø  Hormigón. Masa formada por una mezcla de gravas, arenas y cemento. A veces, para aumentar su consistencia, se le añaden barras de hierro, obteniéndose hormigón armado.

Ø  Yeso. Se obtiene calcinando el yeso, que es una roca sedimentaria del grupo de las evaporitas. Al perder el agua se convierte en un polvo blanquecino, que al mezclarse de nuevo con agua se emplea como argamasa.

Ø  Arcillas. Se han empleado como materiales de construcción desde tiempos inmemoriales. Al principio se mezclaba la arcilla con paja y era secada al Sol en bloques llamados adobes. Actualmente, se cuece la arcilla y se hacen ladrillos, tejas o baldosas rústicas; se pueden vidriar también para hacer baldosas o azulejos.

Ø  Vidrio. Se fabrica derritiendo arena de cuarzo, sosa y cal a 1.700 ºC. Luego se enfría muy rápidamente.