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Energía del futuro es un modelo energético que se basa mayoritariamente en el consumo de combustibles fósiles para el transporte y la generación de entredicho la supervivencia de este modelo, en pie al menos desde el siglo XIX. Dichos factores son el agotamiento de las reservas de combustible y el calentamiento global.
Según la teoría del pico de Hubbert el agotamiento de las reservas de petróleo y gas natural podría ser un hecho antes de que acabase el presente siglo XXI. Aun cuando todavía no hay acuerdo sobre la inminencia y el alcance de ambos problemas, existe un consenso generalizado sobre el hecho de que, tarde o temprano, el ser humano deberá dejar de utilizar los combustibles fósiles como su principal fuente de energía primaria y decantarse por fuentes más seguras, abundantes y menos dañinas para el medio ambiente.
En la actualidad se utilizan los combustibles fósiles como el 97 % de la energía primaria que se consume en el mundo, 38 % es carbón, 40 % es petróleo y 19 % es gas natural. Estas generan contaminación y no son renovables. Se estima que el petróleo, el gas natural y el carbón no durarán mucho más.[1] No obstante, existen diversas opciones de generación eléctrica ajenas a los combustibles fósiles que podrían mitigar la dependencia que la sociedad moderna tiene de estos recursos escasos y contaminantes. Algunas de estas opciones ya están disponibles y otras son meras hipótesis, y cada una genera distintos y enfrentados puntos de vista sobre sus supuestas ventajas e inconvenientes.
Energía eólica
La energía eólica se basa en la energía potencial que poseen las corrientes de viento. Dicha energía potencial es captada por las aspas de los generadores eólicos, y es transformada en energía eléctrica en los alternadores presentes en el interior de dichos generadores.
Las zonas más favorables para la implantación de torres eólicas son las regiones costeras y las grandes estepas, donde vientos constantes soplan regularmente: es necesaria una velocidad media del viento superior a 30 km/h para que una turbina eólica funcione con eficiencia. Además los aerogeneradores se pueden montar y desmontar sin apenas dejar huella en la naturaleza.
La energía eólica presenta diversas ventajas, entre las cuales está la de no depender de combustible alguno para operar, sus emisiones casi nulas, y el hecho de ser una tecnología muy desarrollada y probada. También presenta un costo bajo de mantenimiento y explotación,[2] y requiere de relativamente poco espacio para ser instalada (en comparación con otras energías más extensivas, como la solar fotovoltaica o termoeléctrica).
Entre sus problemas, tradicionalmente se destacaba su elevado costo, si bien este problema se está solucionando poco a poco con la evolución tecnológica y la aparición de fuertes economías de escala debido a la generalización de su producción.[3][4] La energía eólica también tiene un elevado impacto visual y sonoro, y un discutido impacto medioambiental (como por ejemplo el desplazamiento de los recorridos de aves migratorias). Por último, el problema quizá más importante de la energía eólica es su difícil gestión dentro de un sistema eléctrico. La energía eólica es una energía poco constante, dependiente de vientos a menudo muy variables, de manera que no se puede depender totalmente de ella para generar electricidad en momentos de alta demanda eléctrica.
Los parques eólicos abundan por todo el mundo. Dinamarca es el líder mundial destacado en esta tecnología, tanto terrestre como marina. Es el país en el que una mayor fracción de su energía eléctrica está generada a través de molinos eólicos. Además, tres de los cuatro mayores productores mundiales de turbinas y torres eólicas tienen su sede en Dinamarca (Vestas, NEG Micon y Bonus). En segundo puesto se sitúa Alemania, seguido por Estados Unidos y España. Canadá, Francia y los Países Bajos son otros países con alto desarrollo de la industria eólica.
La energía eólica puede funcionar para generar electricidad y para bombear agua de pozos subterráneos.
Energía solar
La energía solar es la energía obtenida de la radiación solar transformándola en calor o electricidad. Los colectores solares transfieren la energía proveniente de la radiación solar al agua y la calientan. Las células fotovoltaicas que generan su energía eléctrica de la radiación electromagnética del sol, transformándola en energía eléctrica.
Energía solar fotovoltaica
Véase también: Crecimiento de la energía solar fotovoltaica
En los sistemas fotovoltaicos se genera la electricidad por la radiación electromagnética (luz visible, infrarrojos, ultravioletas...), este consta de:
- Un generador solar, compuesto de paneles fotovoltaicos que generan una corriente eléctrica, en función de la radiación solar.
- Un acumulador, que almacena la energía eléctrica para disponerla durante la noche y en los días nublados.
- Un regulador, que evita sobrecargas en el acumulador o descargas excesivas, ajustando la tensión y corriente.
- Un inversor, que convierte la electricidad producida (continua) en el mismo tipo que la red (en España es 230 V alterna a 50 Hz).
En 2016, la energía solar fotovoltaica conectada a la red fue una de las fuentes de energía con mayor crecimiento mundial, hasta alcanzar una capacidad total instalada de 230 GW.[5] La producción de células fotovoltaicas ha experimentado un crecimiento exponencial desde principios del siglo XXI, duplicándose aproximadamente cada dos años.[6] China se ha convertido ya en el mayor productor fotovoltaico del mundo con 42 GW instalados,[7] mientras que Alemania se aproximaba a los 40 GW, lo que equivale a la potencia de generación de varias decenas de centrales nucleares.
China, Japón, Estados Unidos e India, son los países donde la energía solar fotovoltaica está experimentando un crecimiento más vertiginoso, que se espera se acelere en los próximos años. Este crecimiento refleja el abrupto descenso de costes de la energía fotovoltaica, que actualmente comienza a ser una opción más barata que otras fuentes de energía.[8]
Energía solar térmica
Este tipo de energía funciona calentando agua por el calor producido por la radiación solar. Este calentamiento puede producirse mediante concentración de radiación solar produciendo vapor de agua, y con una turbina energía eléctrica; O bien, puede emplearse sin concentración en calefacción o agua caliente sanitaria (ACS).
Energía de biomasa
La biomasa es la abreviatura de «masa biológica» y se obtiene de los recursos biológicos. La biomasa comprende una inmensa gama de materiales orgánicos. La energía proveniente de la biomasa se divide en muchos grupos:
- Energía de combustión directa.
- Energía de conversión térmica.
- Energía por fermentación alcohólica.
- Energía por descomposición anaeróbica.
La energía de combustión directa se saca de la leña y otros desechos orgánico como excrementos de animales y celulosa se utiliza para obtener calor.
La energía por conversión térmica que consiste en la destilación de leña para generar carbón de leña, metanol, alcohol metílico, entre otros.
La energía por fermentación alcohólica que consiste en la fermentación de restos orgánicos tales como la caña de azúcar, la yuca y la madera, se cree que podría reemplazar a los combustibles fósiles. El etanol (alcohol etílico) se está usando actualmente como añadido de la gasolina.
La energía anaeróbica que consiste en la producción de gas en cámaras cerradas; se denominan biodigestores. Esta se logra mediante la fermentación de desechos orgánicos (excrementos, residuos orgánicos, etc.). El gas obtenido sirve para el gas de cocina y la iluminación.
Energía geotérmica
Este tipo de energía trata de aprovechar el calor desprendido por la Tierra para obtener energía eléctrica. Dicho de otra forma, es la energía calórica contenida en el interior de la Tierra que se transmite por conducción térmica hacia la superficie.
También puede generarse energía eléctrica mediante la utilización de un vapor que pasa a través de una turbina que está conectada a un generador, y que produce electricidad.
Los usos más comunes son:
- Uso sanitario.
- Varios usos industriales como la pasteurización de la leche.
- La implantación de calefacción en distritos enteros y viviendas individuales.
- Balnearios.
- Cultivos en invernaderos durante el periodo de nevadas.
- Reducir el tiempo de crecimiento de pescados, crustáceos, etc.
Entre sus ventajas, podemos destacar:
- Es un recurso de bajo coste.
- Contribuye tanto a la generación de energía (produce electricidad) como con usos directamente de calor.
- Evita la dependencia energética del exterior.
- Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los combustibles fósiles (petróleo, carbón, etc.)
- No produce ningún tipo de combustión
Funcionamiento de una central
- Primero se perfora un agujero hasta el pozo de agua subterránea.
- Se monta una tubería, destinada a llevar el vapor de agua a la superficie.
- El vapor de agua pasa por una depuradora, porque lleva minerales que podrían ocasionar desperfectos en las turbinas.
- Luego, pasan por las turbinas, que a su vez mueven un generador. El generador produce la electricidad y un transformador la convierte en corriente eléctrica.
La energía geotérmica es capaz de crear energía limpia para autos, casas etc. Islandia es unos de los lugares donde más se aprovecha esta forma de energía.
Energía nuclear de fusión
La fusión nuclear promete ser la energía del mañana, consiste en la unión de dos núcleos atómicos, el nuevo átomo tiene una masa inferior a la masa de los dos átomos juntos, así que esa diferencia de masa se libera en energía, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein E=Mc2.
Esta energía puede parecer fácil de lograr, pero es necesario llegar a temperaturas de entre 50 y 100 millones de grados centígrados y además a presiones exorbitantes, porque si no, el átomo de deuterio no se fusionará con el tritio. Este tipo de energía tiene las ventajas de que los elementos necesarios para la fusión nuclear abundan en el planeta y los desechos que produce son, además de poco cuantiosos, elementos estables que pueden ser devueltos a la naturaleza.
Energía mareomotriz
La energía mareomotriz es la energía potencial o cinética que contienen los océanos. Esta energía se está desarrollando y se piensa podría ser una energía que sustituiría a los combustibles fósiles, porque esta energía es renovable y tres cuartas partes del planeta son océanos, así que casi todo país con costa puede emplearla. Está energía la producen en conjunto el viento, el Sol y la Luna, que hacen:
- Las olas
- Las mareas
- Las corrientes marinas
La energía de una central mareomotriz convencional se toma de las diferentes alturas que puede tener la marea en el día, reteniéndola y haciendo mover una turbina. La energía mareomotérmica consiste en usar la diferencia de temperatura entre la superficie y las profundidades oceánicas. Esa diferencia de temperatura hace que se genere una corriente de convección. Las corrientes de convección son el fenómeno físico que se produce en un fluido cuando una parte de este está más caliente (y por tanto es menos densa) que otra que se sitúa por encima de la primera. Esto hace que intercambien sus posiciones, y por tanto se muevan y generen una corriente.
Estas corrientes pueden hacer a una turbina moverse para generar energía eléctrica. También se pueden aprovechar las olas y corrientes marítimas. Esta tecnología se está desarrollando, Francia ya está pensando en hacer su segunda central mareomotriz. Aunque no contaminen la atmósfera, estas pueden influir en la biodiversidad y en la salinidad del agua.
Biocarburantes
Las plantas usan la fotosíntesis para crecer y producir biomasa. También sabemos que podemos usar la biomasa para obtener energía directamente de ella o producir un combustible llamado biofuel. La agricultura puede producir diferentes fuels como por ejemplo biodiésel, etanol u otros combustibles provenientes del cultivo de la caña de azúcar. Todos estos combustibles se pueden usar en motores de explosión para producir energía mecánica que después se trasformará en eléctrica. Los típicos biofuels arden para liberar la energía química que tienen en su interior. También hay otros métodos para convertir estos combustibles en electricidad de forma más eficiente utilizando células de combustibles.
El nombrado anteriormente biofuel es a menudo algún tipo de bioalcohol, como por ejemplo el etanol o algún derivado de este como por ejemplo el biodiésel o aceites de origen vegetal. El biodiésel está siendo usado en los coches actuales con algunas modificaciones o sin estas, este biodiésel puede estar hecho a partir de vegetales y de las grasas de algunos animales. Dichos combustibles son capaces actualmente de sustituir a las gasolinas convencionales. Con el mismo coche puedes usar los dos tipos de combustibles. La gran ventaja de los biodiesels respecto a las gasolinas convencionales es que usando bioconbustibles se emiten menos gases contaminantes a la atmósfera. El uso de biodiésel reduce la emisiones de dióxido de carbono y el de otros gases en torno al 20 o al 40 por ciento.
En la actualidad algunas áreas de cultivo de maíz, azúcar y otros vegetales están siendo usados íntegramente para producir etanol (que sabemos que es un derivado del alcohol) este líquido es usado para producir la combustión interna necesaria para que funcionen algunos medios de transporte, formando la estructura energética de estos biocombustibles E85 es un fuel compuesto por un 85 por ciento de etanol y un 15 por ciento de gasolina. También se está desarrollando el biobutanol que es una alternativa al bioetanol. Sin embargo está creciendo una idea crítica sobre los biofuels porque se utilizan alimentos para producir gasolinas y porque contribuye a la deforestación y al balance de energías.
Hidrógeno
Es importante notar que el hidrógeno no es una fuente de energía, sino un vector: no existe aislado en la naturaleza, por lo que no se puede extraer de ningún sitio a bajo costo. Esto significa que si queremos usar hidrógeno para cualquier fin, primero hemos de generarlo, proceso en el que siempre se consume más energía de la que se obtiene después al usarlo.
Aunque todavía no se hagan vehículos de hidrógeno a gran escala, se están dando grandes saltos en la tecnología de la energía mediante el hidrógeno.
Los vehículos de hidrógeno funcionan con una pila de combustible. La pila de combustible es una batería, esta genera electricidad para los motores mediante la reacción del hidrógeno de un depósito y el oxígeno del aire. Esta reacción genera agua utilizada para refrigerar la pila de combustible y la energía eléctrica liberada se utiliza para mover motores que impulsan el vehículo. También existen vehículos con motor de combustión interna pero además de vapor de agua producen emisiones de dióxido de carbono [cita requerida] y son menos eficientes [cita requerida].
Los avances han sido muy notables gracias al hidrógeno, porque el nuevo automóvil BMW 750 hL alcanza fácilmente una velocidad de 226 km/h, tiene una potencia de 150 kW. BMW estimó[¿cuándo?] que en 2020 el 20 % de sus automóviles funcionarían con hidrógeno. [9]
Islandia es un pequeño país el cual se provee de energía mediante la energía geotérmica e hidroeléctrica. La energía geotérmica abunda en Islandia por la gran cantidad de volcanes y géiseres. Islandia no es autosuficiente y no se puede proveer del petróleo que consume, así que debe importarlo en su totalidad.
En el 2002 se encontró una alternativa que separa los átomos de hidrógeno mediante la electrólisis, implementando su potencial geotérmico. Lo que se pretende es que dentro de pocos años la flota de autobuses sea completamente de hidrógeno, y que coches y barcos también. Por ahora hay una estación de hidrógeno y algunos coches y autobuses. Luego, se pretende exportar el hidrógeno.
Islandia es en este momento[¿cuándo?] uno de los países con la tecnología del hidrógeno más desarrollada y le llevará una importante ventaja al resto de países que en este momento están empezando a desarrollar la energía de hidrógeno.
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