La Energia del Carbon

 

La energía del carbón

Las centrales eléctricas de carbón son aquellas centrales termoeléctricas que queman carbón para generar electricidad. Las centrales eléctricas de carbón generan más de un tercio de la electricidad mundial, pero causan cientos de miles de muertes tempranas cada año, principalmente por la contaminación atmosférica.

Una central eléctrica de carbón es un tipo de central de combustible fósil. El carbón se pulveriza generalmente y luego se quema en una caldera de carbón pulverizado. El calor del horno transforma el agua de la caldera en vapor, que luego se utiliza para girar turbinas que giran generadores. Así, la energía química almacenada en el carbón se transforma sucesivamente en energía térmica, energía mecánica y, por último, energía eléctrica.

Las centrales eléctricas de carbón emiten más de 10 Giga toneladas de dióxido de carbono por año, casi una quinta parte de las emisiones totales, por lo que son la mayor fuente de gases de efecto invernadero que contribuyen en una medida todavía no especificada al calentamiento global. Están siendo retiradas en Europa y América. ​ A partir de 2020 estas plantas todavía se están construyendo en Asia, en su mayoría financiadas por China.

 

De dónde viene el carbón?

 Nos gustan los beneficios de la electricidad, pero el carbón se debe explotar, lo que se puede hacer mediante la construcción de un túnel al interior de una montaña. Pero si el carbón está cerca de la superficie, toda la cima de la montaña puede ser eliminada.

Carbón

El carbón es un hidrocarburo sólido, útil como combustible, especialmente para la generación de electricidad. El carbón es relativamente barato y abundante. Las naciones en desarrollo, como China, dependen en gran medida del carbón. En todo el mundo, el carbón es la mayor fuente de energía para generar electricidad.

Cómo se forma el carbón

El carbón se forma de plantas muertas que se asentaron en el fondo de los pantanos hace millones de años. El agua y el lodo del pantano mantienen el oxígeno lejos del material vegetal. La arena y la arcilla se asentaron en la parte superior de las plantas en descomposición. El peso de este material exprime el agua y algunas otras sustancias. Con el tiempo, el material orgánico se convirtió en una roca rica en carbono. Esta roca es el carbón.

 

El carbón tiene diferentes grados. El carbón bituminoso se forma a temperaturas más bajas. Contiene una gran cantidad de azufre. Cuando se quema, produce mucha contaminación. El carbón antracita se forma bajo temperaturas más altas. Esto elimina el azufre y el carbón se quema más limpiamente.

El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria organógena de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno. Principalmente es utilizada como combustible fósil. ​ La mayoría del carbón explotado se formó a partir de los vegetales que crecieron durante los períodos Carbonífero  y Cretácico, al ser ambos períodos de gran extensión temporal y situarse gran parte de los medios sedimentarios favorables para su acumulación y conservación en latitudes intertropicales. Es un recurso no renovable.

El carbón, como el de la Imagen siguiente , es una roca de color negro o café-negro que se quema fácilmente. La mayor parte del carbón es una roca sedimentaria. El tipo más duro de carbón, antracita, es una roca metamórfica. Eso se debe a que se expone a una mayor temperatura y presión cuando se forma. El carbón está compuesto principalmente de carbono, pero se puede encontrar algunos otros elementos en él, como el azufre. El carbón con el menor grado de azufre es el carbón más limpio. La antracita tiene muy poco azufre y por eso es muy deseable.

 

 

Principales tipos de carbón

El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. ​ Los restos vegetales se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire, que los degradaría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no necesitan oxígeno para vivir. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonización. Se estima que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por diferentes procesos durante la diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos.

En las cuencas carboníferas, las capas de carbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se genera el carbón.

Si por ejemplo un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido por una transgresión marina, por descenso del continente o por una subida del nivel del mar, y los restos vegetales se acumulan entre los sedimentos de la plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la subida del nivel del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo. 

En las cuencas hulleras se conservan, tanto en el carbón como en las rocas intercaladas, restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era probablemente clima tropical.

El uso del carbón

Para preparar el carbón que utilizamos, este primero se tritura hasta transformarlo en polvo y luego se quema en un horno. Al igual que otros combustibles, el carbón libera la mayoría de su energía como calor cuando se quema. El calor de la quema de carbón se usa para hervir el agua. Esto produce vapor. El vapor hace girar las turbinas, lo que genera electricidad.

Carbón en los Estados Unidos

Estados Unidos es rico en carbón, tal como se aprecia en la Imagen siguiente . Muchas regiones del país tienen importantes yacimientos de carbón.

Regiones de Estados Unidos productoras de carbón en 1996. El color naranjo representa la antracita, el grado de carbón más alto. Color rojo representa la bituminosa, la que tiene un bajo nivel de volatilidad. El color gris y gris-verde representa el bituminoso, el que tiene un nivel de medio a alto de volatilidad. El color verde representa al sub-bituminoso y el color amarillo al lignito, el grado de carbón más bajo.

Resumen

• El carbón es un combustible fósil sólido, formado principalmente de plantas de pantano antiguas, especialmente durante el periodo carbonífero.
• El carbón es la fuente de la mayor parte de la electricidad.
• El carbón que se forma a temperaturas más altas quema más limpiamente.

Biodiesel

 

Biodiesel

 

El biodiesel es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales. El producto fabricado industrialmente por procesos de esterificación y transesterificación, se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo. Como sustituto total se denomina B100, mientras que otras denominaciones como B5 o B30 hacen referencia a la proporción o % de biodiésel utilizado en la mezcla.

            El biodiésel, cuyas propiedades son conocidas desde mediados del siglo XIX, se destina a la combustión en motores de ciclo diesel convencionales o adaptados, según el fabricante y por ello a principios del siglo XXI se impulsa su desarrollo como combustible para automóviles alternativo a los derivados del petróleo. El impacto medioambiental y las consecuencias sociales de su previsible producción y comercialización masiva, especialmente en los países en vías de desarrollo o del Tercer
Mundo es objeto de debate entre los especialistas y los diferentes agentes sociales y gubernamentales internacionales.

            El biodiesel no es una novedad de los últimos años y mucho menos un descubrimiento de las últimas décadas ya que el primer motor diesel del mundo, utilizado en el 1903 en suiza, por el señor Rudolf Diesel, utilizo aceite de maní como combustible.

Materias primas

La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, ya que es una especie con alto contenido de aceite, que se adapta bien a los climas fríos. Sin embargo existen otras variedades con mayor rendimiento por hectárea, tales como la palma, la jatropha curcas etc. También se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso la materia prima es muy barata y, además, se reciclan lo que en otro caso serían residuos. Sin embargo el alcohol que se forma queda a un 95% de pureza siendo esto algo muy malo para el motor ya que está propiciando la impureza.

 

Ventajas e inconvenientes

Ventajas

• El biodiésel disminuye de forma notable las principales emisiones de los vehículos, como son el monóxido de carbono y los hidrocarburos volátiles, en el caso de los motores de gasolina, y las partículas, en el de los motores diesel. 
•  La producción de biodiésel supone una alternativa de uso del suelo que evita los fenómenos de erosión y desertificación a los que pueden quedar expuestas aquellas tierras agrícolas que, por razones de mercado, están siendo abandonadas por los agricultores. 
•  El biodiésel supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2 producidas por los combustibles derivados del petróleo, constituyendo así un elemento importante para disminuir los gases invernadero producidos por el transporte. 
•  Por su mayor índice de cetano y lubricidad reduce el desgaste en la bomba de inyección y en las toberas. 
•  No tiene compuestos de azufre por lo que no los elimina como gases de combustión. 
•  El biodiésel también es utilizado como una alternativa de aceite para motores de dos tiempos, en varios porcentajes; el porcentaje más utilizado es el de 10/1. 
•  El biodiésel también puede ser utilizado como aditivo para motores a gasolina para la limpieza interna de estos. 

Inconvenientes

La explotación de plantaciones para palmas de aceite fue responsable de un 87% de la deforestación de Malasia hasta el año 2000. En Sumatra y Borneo, millones de hectáreas de bosque se convirtieron en tierra de cultivo de estas palmeras y en los últimos años se ha conseguido más que doblar esa cifra, la tala y los incendios perduran. Hasta deforestaron por completo el famoso parque nacional Tanjung Puting de Kalimantan. Orangutanes, gibones, rinocerontes, tapires tigres, panteras nebulosa, etc.  se van a extinguir por la destrucción del hábitat. Miles de indígenas han sido desalojados de sus tierras 1500 indoneses fueron torturados. Pero los gobiernos, mientras Europa siga comprando su palma de aceite para hacer biodiesel, seguirán promoviendo el cultivo de estas plantas para su propio beneficio. 

A pesar de sus muchas ventajas, también presenta algunos problemas. Uno de ellos es derivado de su mejor capacidad solvente que el petrodiesel, por lo que los residuos existentes son disueltos y enviados por la línea de combustible, pudiendo atascar los filtros. Otro ítem es una menor capacidad energética, aproximadamente un 5% menos, aunque esto, en la práctica, no es tan notorio ya que es compensado con el mayor índice cetano, lo que produce una combustión más completa con menor compresión. 

No existe registro de que produzcan mayores depósitos de combustión ni tampoco que degrade el arranque en frío de los motores. 

            Otros problemas que presenta se refieren al área de la logística de almacenamiento, ya que es un producto hidrófilo y degradable, por lo cual es necesaria una planificación exacta de su producción y expedición. El producto se degrada notoriamente más rápido que el petrodiesel. 

Generacion de Energia a partir de Desecho

 

Generación de energía a partir de la basura 

La generación de residuos es un problema al cual la sociedad debe hacer frente. Tanto los ciudadanos como las industrias, generamos residuos cada día, y el destino de la mayoría de ellos es el vertedero, con el impacto negativo al medioambiente que implica esta práctica. No obstante existen otras alternativas de gestión más recomendables y sostenibles, como es la reducción de la producción de residuos, el reciclaje y la reutilización, o la valoración material o energética. Europa establece unos objetivo en este sentido, y plantea la valoración energética de los residuos mediante mecanismos como la incineración directa, la producción y valorización de biogás, o el aprovechamiento de los residuos como combustible. Se trata de convertir la basura en energía útil, pero ¿Es una energía 100% limpia?

 

Cada día se genera residuos sólidos urbanos (RSU) en las ciudades que son transportados a vertederos. Éstos son enterrados, y con el tiempo terminan generando gas metano que puede llegar a la atmósfera, donde se transforma en dióxido de carbono, principal causante del calentamiento a nivel global.

Dicho metano puede ser aprovechado para la generación de energía, evitando el grave perjuicio que supone su liberación a la atmósfera.

El aprovechamiento de los residuos para la generación de energía útil, electricidad o calor, es una fuente de producción energética con un gran potencial, que contribuye por un lado a una gestión de residuos más sostenible, y por otro, a reducir la dependencia energética de otros países productores, como es el caso de España. Además está incluido dentro del Plan de Energías Renovables 2011-2020.

Tecnologías de valorización de residuos

La valorización de los residuos o su transformación en energía útil, es considerada como una opción de aprovechamiento de una fuente de energía renovable, aunque más compleja que otras, por lo que cuenta con detractores y defensores. La combustión de residuos orgánicos, genera componentes químicos que pueden ser perjudiciales para la atmósfera, sin embargo muchos coinciden en que es un método limpio y renovable en su totalidad.

 

Además, el hecho de que los propios ciudadanos adquieran al hábito de separar la basura, sirve para aprovechar aún más dichos residuos para la obtención de energía. No obstante, el primer paso siempre consistirá en la reducción en la generación de residuos.

Las tecnologías utilizadas para la valorización energética de los residuos son:

– Procesos de tecnologías de tratamiento térmico, como la incineración, la gasificación, la pirólisis o la gasificación por plasma.

– Procesos de tecnologías de tratamiento biológico, como la biometanización o digestión anaerobia de la fracción orgánica con valorización del biogas obtenido.

Las tecnologías más probadas son la incineración, la digestión anaeróbica y la coincineración, para aplicaciones industriales. Por otro lado, existe una tendencia creciente en implantación de tecnologías como la gasificación, la pirólisis y la gasificación por plasma, debido a que pueden alcanzar un mayor rendimiento energético, y a la baja aceptación a nivel social de la incineración.

Central Maremotriz

 

Así funciona una central mareomotriz

 

 

Una central mareomotriz es aquel lugar en el cual se transforma la energía producida por las mareas del mar a energía eléctrica. Para su aprovechamiento, se construyen diques, con turbinas en su parte inferior, normalmente en estuarios de ríos o bahías. El embalse creado por la construcción del dique, se llena y se vacía con cada movimiento de marea y el paso del agua que genera permite activar las turbinas que generan la electricidad.

 

 

La energía mareomotriz, también llamada energía oceánica o marina, es aquella que se consigue con el movimiento de las mareas. La energía que genera la marea al subir y bajar se aprovecha con unas turbinas que al activarse mueven el conjunto mecánico del alternador, produciendo así energía eléctrica.

No hay que confundirla con la energía undimotriz, aquella que se produce con el movimiento de las olas. La mareomotriz, en cambio, aprovecha el movimiento de las mareas y se basa en el almacenamiento de agua en un embalse formado al construir un dique con unas compuertas que permiten la entrada de un caudal de agua para la generación eléctrica. A través de las plantas mareomotrices se aprovecha el agua para generar la carga eléctrica.

Este tipo de energía es renovable y limpia ya que no consume elementos fósiles ni tampoco produce gases que ayudan al efecto invernadero. Como ventaja hay que decir que se puede producir en cualquier época del año y, como se puede conocer en qué momento se van a producir las mareas, se puede adecuar el diseño de los sistemas para que sean más idóneos. Además, las instalaciones son silenciosas y fáciles de mantener. Incluso se puede bajar la producción de electricidad bajando la intensidad de las turbinas.

El funcionamiento de la central mareomotriz

¿Cómo puede una central mareomotriz transformar la energía de las mareas en electricidad? Para responder a esta pregunta hay que tener en cuenta los principios de energía potencial y cinética, propia del aumento y disminución de la marea, producido por la acción gravitatoria del Sol y la Luna. La subida de las aguas se denomina flujo, y el descenso reflujo, este último es más breve en tiempo que el primero.

Resulta esencial la diferencia de altura entre el nivel del mar y el nivel del embalse, de ahí que según el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), sólo en aquellos puntos de la costa en los que la pleamar y la bajamar difieren más de cinco metros de altura es rentable instalar una central de estas características. Estas condiciones solo las reúne un número limitado de emplazamientos en el planeta. En la central se transforma la electricidad gracias a unas turbinas o alternadores. Con el giro de sus aspas y con la propia circulación del agua se produce la energía eléctrica.

Métodos de generación mediante energía de marea

Existen tres tipos de centrales para generar este tipo de energía:

1. Generador de corriente de marea: Los generadores de corriente de marea llamados Tidal Stream Generators (o TSG por sus iniciales inglés) aprovechan la energía cinética del agua en movimiento de una forma muy similar a lo que hacen las turbinas eólicas. Esta forma de obtención de energía supone un costo más reducido y un menor impacto ecológico comparado con los demás métodos.
2. Presa de marea: Las presas de marea utilizan la energía potencial que existe en las subidas y bajadas de marea. Es una obra de retención a lo largo de un estuario o una bahía cuya misión principal es embalsar el agua de la marea entrante en las obras de retención. Normalmente se construye para formar dos embalses separados y facilitar así la explotación de la central mareomotriz. La escasez de lugares en el mundo que reúnan las condiciones para albergarlas y el impacto medioambiental son dos inconvenientes importantes.
3. Energía mareomotriz dinámica: También llamada DTP (del inglés ‘Dynamic Tidal Power’), es una mezcla de las anteriormente descritas. Está en fase teórica pero consiste en un sistema de grandes represas (entre 30 y 50 kms. de longitud desde la costa hacia el mar) que inducen en el agua aprovechando las distintas fases de marea, movilizando así sus turbinas generadoras. Cada represa genera energía en una escala de 6 a 17 gigavatios (GW).