Unidad 13: Recursos energéticos y minerales.

1. Unidad 13: Recursos energéticos y minerales.

2. Energía. Es la capacidad de realizar un trabajo. Formas de energía: calorífica, electromagnética, mecánica, potencial, química, nuclear. Los intercambios de energía se rigen por las leyes de la termodinámica: • 1ª ley: de la conservación de la energía. • 2ª ley: del incremento de la entropía en todo intercambio espontáneo. Uso de la energía. La energía disponible depende de: • Un acceso fácil a la fuente. • La rentabilidad económica.

3. Tipos de energía según su calidad. Es de mayor calidad la energía más concentrada, es decir, tiene mucha capacidad de producir trabajo en relación a su masa o volumen. Por ejemplo: petróleo, carbón. Es de menor calidad la energía dispersa en grandes volúmenes. Por ejemplo: el calor almacenado en los mares, los vientos suaves.

4. Calidad de la energía. Las energías más concentradas son las de más fácil utilización. Pero no por eso deben utilizarse siempre, pues supone costes elevados en el proceso de concentración. El uso de energía de cierto nivel corresponde a la tarea concreta que realicemos: si usamos energía de un nivel superior estamos despilfarrando. Por ejemplo, actividades cotidianas como calentar casas, agua y comida a temperaturas <100ºC es un despilfarro (energético) hacerlo con electricidad. Al utilizar energía altamente concentrada como la eléctrica se hace un gasto extra de energía.

5. Calidad de la energía. Rentabilidad económica. El precio es un factor muy importante al elegir la fuente energética, pues usaremos la más barata. Depende de: • Su accesibilidad. • Su facilidad de extracción y de transporte.

6. Sistema energético. Es un conjunto de procesos realizados sobre la energía desde sus fuentes hasta el uso final. Fases: • Captura o extracción: conseguir la energía de su fuente original, como por ejemplo perforar un pozo petrolífero. • Transformación en energía secundaria, que es la energía que se puede utilizar, como por ejemplo en una refinería. • Transporte de la energía secundaria hasta el lugar de consumo. Por ejemplo: gaseoducto, camiones cisterna. • Consumo de energía secundaria. Por ejemplo, usar el coche.

7. Sistema energético.

8. Sistema energético. Convertidor: componente del sistema energético (presa, caldera, motor) que transforma una forma de energía en otra. Por ejemplo los organismos fotosintéticos son convertidores biológicos, que transforman energía lumínica en energía química. Los convertidores forman una cadena por la que circula la energía que va transformándose. En cada eslabón (cada conversión) se pierde energía. Cuanto más largo sea el sistema energético de transformación, más pérdidas de energía tendrá (será más ineficiente).

9. Rendimiento de un sistema energético. Rendimiento = E obtenida / E suministrada Rendimiento = Salidas / entradas Siempre es <100% porque hay pérdidas inevitables (el incremento de entropía). También hay pérdidas corregibles técnicamente, como son imperfecciones, defectos o fallos de funcionamiento. Si la energía es barata no se suelen tener en cuenta.

10. Sistema energético. Coste energético. Es el precio que pagamos por utilizar la energía secundaria (el recibo de la luz, el precio del gasoil). También hay costes ocultos, asociados a las instalaciones del proceso energético. Son los impactos ambientales de las diferentes fases: construcción, mantenimiento, desmantelamiento, eliminación de los impactos producidos (ej. nucleares, minería abierta), posibles accidentes (ej. mareas negras).

11. Responde pág. 325: Gastos energéticos implicados en el consumo de un bote de refresco. Energía necesaria para comprimir el gas del refresco. E empleada para conseguir el agua que lleva. E eléctrica para conseguir el aluminio de la lata (por electrólisis). E para fabricar la pintura de la lata (cromo). E para fabricar el producto (el refresco). E para almacenar el producto. E para enfriarlo (ej. máquinas expendedoras al sol, enfriando continuamente) y para construir la propia máquina. E para deshacerse del bote como residuo (aunque sea reciclable, no se recicla siempre). E para transporte y publicidad.

12. Actividad 1 pág. 325: Evolución del consumo de energía desde la Revolución Industrial hasta el s. XXI. a) Evolución de los diferentes tipos de energía. En cada época ha habido un tipo de energía dominante, que empezaba a decaer al aparecer otro nuevo tipo de energía que la sustituyese: 1º madera desaparición de los bosques ingleses por la R industrial 2º carbón agotamiento de reservas 3º petróleo agotamiento de reservas, que son mayores 4º gas natural  agotamiento de reservas, que son mayores aún 5º nuclear 6º renovables

13. Actividad 1 pág. 325: Evolución del consumo de energía desde la Revolución Industrial hasta el s. XXI. b) Describe los % actuales y la tendencia futura. • Renovables identificadas: 3%, tendencia ascendente desde 2015 • Biomasa tradicional: 9%, tendencia descendente. • Nuclear e hidroeléctrica: 10%, ligero aumento • Gas natural: <20%, estancamiento y descendente desde 2020. • Carbón: 24% tendencia muy descendente • Petróleo: 34% estancamiento hasta 2020 y caída muy en picado. Se plantea el gas natural como alternativa mientras se desarrollan otras energías (hidrógeno y solar). Es una predicción basada en datos actuales. (Predicciones de los años 60 suponían un crecimiento de la nuclear). c) Conclusiones. Actualmente dependemos de los combustibles fósiles. Es posible una evolución hacia otras fuentes de energía. Cada sociedad tiene asociado un consumo energético: preindustrial (madera), industrial inicial (carbón), industrial posterior (petróleo).

14. Fuentes de energía.

15. Combustibles fósiles. Recurso es la cantidad total que hay en la corteza terrestre de cierto combustible fósil o mineral. Es una cantidad fija. Viene determinada por los procesos geológicos. Reserva es la cantidad de un combustible fósil o mineral cuya explotación resulta económicamente rentable. Actualmente, casi el 80% de la energía comercial mundial procede de los combustibles fósiles, con los problemas de contaminación y aumento de efecto invernadero. Es necesario sustituirlos por otras energías alternativas con menor impacto, pues se agotarán (su uso no es sostenible).

16. Actividad 4 pág. 326: Consumo de energía por habitante y año. a) Consumo medio mundial (1996). Comparación entre regiones. El consumo medio mundial/habitante está en torno a 1,5 TEP. Los países desarrollados están muy por encima de la media y los pobres por debajo: hay grandes diferencias asociadas al nivel de vida. b) Ordenar de mayor a menor consumo. Causas de las diferencias. Países de la OCDE > UE de los 15 > España > Media mundial > América Latina > África > Asia Las diferencias están relacionadas con el nivel de vida. c) Tendencia desde 1974. • Países desarrollados: altibajos, y actualmente en aumento. • España: fuerte incremento. • Media mundial: se mantiene. • Países pobres: aumento muy ligero.

17. Actividad 4 pág. 326: Consumo de energía por habitante y año. d) Consecuencias ambientales. Si todos los países alcanzaran el mismo nivel de vida, se dispararía el consumo energético. Los gobiernos se enfrentan a un incremento casi exponencial de la demanda (en los países pobres), y muchos se plantean como solución barata la energía nuclear. Una mejor solución sería (aunque más costosa) investigar en energías alternativas y tecnología eficiente, que proporcionen mismo nivel de vida a un coste energético menor. El problema de los países europeos (incluida España) es que no tienen reservas suficientes para la demanda energética. Las soluciones son: • Comprar los combustibles fósiles a los exportadores. • Racionalizar su consumo. • Invertir en I + D de tecnologías limpias y renovables, para conseguir una transición gradual hacia nuevos sistemas.

18. Carbón. Su origen son los restos vegetales acumulados en condiciones anaerobias (fondo de pantanos, lagunas o deltas), donde fermentaron por acción bacteriana, dando carbón, metano y CO2. Para evitar la putrefacción de los restos vegetales deben ser enterrados rápido (por movimientos tectónicos). Tipos: turba  lignito  hulla  antracita  grafito (En orden creciente de antigüedad y poder calorífico). Es muy abundante (1012 Tm): hay reservas para 220 años al ritmo actual de consumo.

19. Carbón. Desventajas: • Alto contenido en S, contaminante y causante de la lluvia ácida. • Extracción: minas a cielo abierto (gran impacto y restauración cara) y minas subterráneas (con mayor riesgo para los mineros, problema de las escombreras de estériles y la contaminación de agua y aire). Uso: Se emplea para obtener energía eléctrica en las centrales térmicas (30% de la electricidad viene del carbón) y en la industria siderúrgica.

20. Carbón. Actualmente se intentan minimizar sus impactos mediante diversas estrategias: • Sustitución por otro con menor contenido en S. • Procesar el carbón para eliminar el S. • Diseñar centrales térmicas con sistemas de eliminación de compuestos del azufre de los gases emitidos.

21. Petróleo. Se origina por la muerte masiva del plancton marino y sedimentación junto a cienos y arenas, dando barros sapropélicos. Los cienos y las arenas dan rocas que se impregnan de hidrocarburos (formados por la fermentación de materia orgánica). El petróleo es poco denso y aflora a superficie donde se disipa, pero cuando tropieza con rocas impermeables se acumula en las rocas subyacentes, que sirven de almacén.

22. Petróleo. Se extrae el crudo (mezcla de hidrocarburos) de los yacimientos, y debe refinarse.

23. Petróleo. El proceso de refinado es una destilación fraccionada: se aumenta progresivamente la temperatura para separar las diferentes fracciones con diferente punto de ebullición, que a su vez serán sometidas a otros tratamientos: 1º gases (metano, etano, propano) 2º líquidos (gasolina, nafta, queroseno) 3º sólidos (alquitranes y betunes), que se depositan.

24. Petróleo. El transporte se lleva a cabo mediante oleoductos y petroleros (lo que conlleva riesgo de accidentes).

25. Petróleo. Se emplea en usos: • Domésticos: calefacciones, calderas. • Transporte: automóviles, aviones (requiere la existencia de gasolineras). • Industriales. • Obtención de electricidad en centrales térmicas. • Fabricación de derivados: fertilizantes, plásticos, pinturas, medicinas. Las reservas mundiales se reparten así: Europa (2%), Ex URSS (7%), África (9%), Asia y Oceanía (4%), Oriente Medio (Arabia Saudí 18%; Irak 11%; Emiratos Árabes 11%; Irán 10%; Kuwait 10%; otros 3%), América (EEUU 3%; México 4%; Venezuela 6%; otros 4%).

26. Gas natural. Su origen es la fermentación de la materia orgánica acumulada entre los sedimentos. Es una mezcla de hidrógeno, metano, butano, propano y otros. Su extracción es sencilla, pues el gas fluye solo, por la presión de los sedimentos. El transporte se realiza con gasoductos, que aunque suponen una fuerte inversión, son sencillos y su riesgo es bajo. El peligro es la posibilidad de escape de metano (gas con fuerte efecto invernadero). También se transporta en barco (como gas licuado), que tiene el peligro de un accidente por explosión. En España viene de Argelia por gaseoductos. Cuando no hay infraestructura para transportarlo, se pierde. Por ejemplo, el gas que acompaña siempre al petróleo se quema en el mismo pozo de extracción.

27. Gas natural. Se emplea en usos: • Domésticos: calefacción y cocina. • Industriales. • Centrales térmicas, sustituyendo al carbón (no emite SO2). Se plantea como combustible ideal para la transición a otras energías renovables, al ser menos contaminantes y del que quedan mayores reservas. Reservas mundiales de gas natural.

28. Fisión nuclear. Ha pasado de ser considerada la solución energética mundial a ser una de las más problemáticas. Causas: • Enormes costes de construcción y mantenimiento de las centrales nucleares. • Frecuentes fallos y paradas de los reactores. • Sobreestimación de la demanda eléctrica. • Mala gestión. • Accidentes. (Chernobyl, 1986: contaminación muy grave en 100 km que se detectó en Suecia). • Residuos radiactivos peligrosos y de larga duración. Central de Chernobyl tras el accidente.

29. Fisión nuclear. Funcionamiento del reactor nuclear: Se produce la división del núcleo de U-235 por impacto de un neutrón en 2 núcleos. Se liberan: • Energía, que se aprovechará calentando agua que moverá turbinas. • Neutrones más rápidos, que pueden chocar con nuevos U-235 y romperlos (en una reacción en cadena, por retroalimentación positiva, que es la base de la explosión atómica). Para evitar la reacción en cadena, se introduce un moderador entre el combustible nuclear que absorba los neutrones emitidos. Este material moderador es agua (75%), grafito sólido (20%) y agua pesada D2O (5%).

30. Fisión nuclear. Para que no salga radioactividad fuera del reactor se usan varios circuitos independientes entre sí: • Circuito primario  en contacto con el reactor y el material radiactivo. Se recicla y no sale del reactor. • Circuito secundario  es el que enfría al primario. Se convierte en vapor, que impulsa turbinas y genera electricidad. • Circuito terciario  Se emplea para licuar el vapor del circuito secundario. Se hace con agua que se vierte al exterior.

31. Fisión nuclear. Impactos de una central: • No debería producir contaminación radiactiva. • Afecta al microclima local: aumenta el calor y la humedad. • Altera los ecosistemas acuáticos al elevar la temperatura del agua (lo que disminuye el oxígeno disuelto). Combustible nuclear: • Se obtiene del isótopo U-235, separándolo del uranio nativo y se enriquece con Pl -239. Se fabrican barras. • Se utilizan las barras durante unos 3-4 años, hasta que la concentración en U-235 es demasiado baja como para mantener la reacción de fisión. • Se retiran y almacenan en una piscina dentro del reactor. • Se transportan a centros de reprocesado, donde se extrae el plutonio y otros elementos de vida media corta. Aquí existe el riesgo de robo y de fabricación de bombas atómicas. • El resto de residuos seguirán activos unos 10.000 años.

32. Fisión nuclear. Fisión de torio. • Actualmente se investiga la reacción de fisión del torio-232, que presenta algunas ventajas con respecto al uranio: • No se amplifica sola: requiere inyección continua de neutrones para mantenerse, de lo contrarios se detiene automáticamente, con lo que el riesgo de accidentes es menor. • Los restos de torio son menos peligrosos que los de plutonio.

33. Fisión nuclear. Energía nuclear en España: Cofrentes (Valencia); Vandellós 2, Ascó 1 y 2 (Tarragona); Garoña (Burgos); Trillo, Zorita (Guadalajara); Almaraz 1 y 2 (Cáceres).

34. Fisión nuclear: Energía nuclear mundial.

35. Indirectamente procede del sol, que es el motor del ciclo del agua. Se captura y se transforma la energía potencial del agua que fluye hacia el mar desde las montañas, gracias a los embalses. Al abrir las compuertas de los embalses, al agua hace girar unas turbinas conectadas a una dinamo que transforma energía mecánica en energía eléctrica. Energía hidroeléctrica.

36. Energía hidroeléctrica. Ventajas: Bajo coste de explotación y de mantenimiento. No emite contaminación. Regula el caudal de los ríos (laminación del caudal frente a inundaciones) y favorece el aprovechamiento del agua.

37. Energía hidroeléctrica. Inconvenientes: • Reduce la biodiversidad. • Dificulta la emigración de peces y la navegación fluvial. • Dificulta el transporte de nutrientes aguas abajo: reduce la fertilidad de las llanuras de inundación. • Reduce el caudal de los ríos. • Modifica el nivel freático. • Varía la composición química del agua embalsada. • Varía el microclima local. • Las aguas embalsadas pueden sufrir eutrofización. • Acelera la erosión tanto aguas arriba (al elevar el nivel de base) como aguas abajo (pues el agua sin carga es más erosiva). El material erosionado aguas arriba colmata la presa. • Riesgo de rotura de la presa que provocaría una catástrofe. • Grandes costes de construcción: traslado de población, pérdida de tierras fértiles. Una posible alternativa a las grandes presas son las minicentrales hidroeléctricas.

38. Actividad 5 pág. 332: Consumo de energía en España. a) Grado de dependencia del exterior de consumo energético en España. Evolución desde 1980. En el año 1980, la producción fue de unos 18 millones de TEP y el consumo fue de 82 millones. (Es decir 82-18= 64 millones tuvieron que importarse del exterior). 64/82 = En el año 2005, la producción fue de 22 millones de TEP, y el consumo aumentó mucho, fue de 170 millones, por lo que se importaron 170-22= 148 millones de TEP del exterior. 148/170= Aunque la producción nacional ha aumentado ligeramente, el consumo se ha disparado, por lo que la dependencia del exterior es ahora mucho mayor que en 1980. Por otra parte, según muestra la tabla 13.3, dependemos del exterior para las fuentes no renovables: petróleo, carbón y gas natural.

39. Actividad 5 pág. 332: Consumo de energía en España. b) Cambios en los porcentajes de consumo de diferentes fuentes. Posibles causas. • Petróleo: reducción desde 73% hasta un 50%. • Carbón: reducción leve, del 20% al 16%. • Nuclear: fuerte aumento del 2% al 11%. • Gas natural: fuerte aumento del 2% al 20%. • Hidráulica, eólica y fotovoltaica: reducción del 3,7% al 2,5%. La fuerte reducción del petróleo se debió a la crisis del petróleo del año 1973, cuando la OPEP redujo la producción, lo que aumentó mucho su precio. Lo hizo como protesta de la invasión de Israel a Palestina. En cuanto a las renovables, su producción total ha aumentado, pero al haber aumentado mucho más el consumo, el porcentaje sobre el total es menor.

40. Actividad 5 pág. 332: Consumo de energía en España. c) Ventajas e inconvenientes de las fuentes de energía.

41. Actividad 5 pág. 332: Consumo de energía en España.  d) ¿Qué ventajas económicas y ecológicas tendría un aumento de las renovables? • Reducción de la contaminación. • Freno al aumento del efecto invernadero. • No se agotan. • Independencia del exterior (no depender del precio del petróleo que ponen los países exportadores). • España podría exportar tecnología en renovables.

42. Actividad 6 pág. 332: La presa de Asuán, en Egipto. Ha supuesto para el país algunas ventajas: • Genera la mitad de las necesidades de energía de Egipto. • Ha liberado de las inundaciones estacionales.

43. Actividad 6 pág. 332: La presa de Asuán, en Egipto. Pero también muchos inconvenientes: • Coste altísimo de construcción, con pérdidas de suelo y gastos de traslado de monumentos (por ej. el templo de Debod, en Madrid). • Reducción de la fertilización de las llanuras de inundación, lo que ha provocado un gasto adicional al tener que importar fertilizantes. • Reducción de materia prima para industrias de ladrillos. • Reducción de las pesquerías costeras de sardinas, dependientes de los nutrientes del Nilo. • Pérdida del delta del Nilo. • Aumento de problemas de encharcamiento y salinización (el 35% de la superficie cultivada de Egipto sufre exceso de agua). • Aparición de la esquistosomiasis (enfermedad parasitaria transmitida por el agua). Schistosoma mansoni

44. La presa de Asuán, Egipto.Traslado del templo excavado en roca de Abu Simbel.

45. La presa de Asuán, Egipto. Formalmente, el Templo de Debod fue un regalo que Egipto le hizo a España en 1968, en compensación por la ayuda española, tras el llamamiento internacional realizado por la UNESCO para salvar los templos de Nubia, principalmente el de Abu Simbel, en peligro de desaparición debido a la construcción de la presa de Asuán. Egipto donó cuatro de los templos salvados a distintas naciones colaboradoras: Dendur a los Estados Unidos (está actualmente en el Museo Metropolitano de Nueva York), Ellesiya a Italia, Taffa a Holanda y Debod a España. Templo de Debod, Madrid.

46. Actividad 6 pág. 332: La presa de Asuán, en Egipto. a) Causa de la fertilidad del valle del Nilo. Las inundaciones anuales anegaban campos cercanos al Nilo y los cubrían con una capa rica en nutrientes. b) Beneficios y perjuicios de la construcción del embalse. Beneficios: • Laminación del caudal: desaparición de las inundaciones y mayor disponibilidad de agua para riego. • Producción de energía eléctrica. Perjuicios: • Colmatación del embalse con sedimentos fluviales (lo que también destruye el delta, produce eutrofización y pérdida de riqueza pesquera). • Aumento del uso de fertilizantes (mayor contaminación). • Transmisión de la esquistosomiasis. • Conflictos sociales: guerra del agua. c) ¿Qué medidas se deberían adoptar en estos casos? Medidas de minimización de impactos ambiental.

47. ENERGÍAS ALTERNATIVAS. Renovables y de bajo impacto ambiental. Los factores que se consideran son: su disponibilidad actual, su coste económico (deben ser competitivas) y la existencia de infraestructura necesaria para su uso (si hay que construirla o sirva la de otras energías). Muchas son rentables localmente, pero no a gran escala.

48. Energías renovables en España.

49. Sistemas arquitectónicos pasivos. Un diseño adecuado de los edificios (que muchas veces coincide con la arquitectura tradicional de cada zona) permite que las casas se calientes o se enfríen pasivamente, ahorrando mucha energía y dinero. La arquitectura bioclimática tiene en cuenta diversos factores: • Orientación. • Espesor de los muros. • Tamaño de las ventanas. • Materiales de construcción. • Tipo de acristalamiento. Solar pasiva Solar activa

50. Centrales térmicas solares. En estas centrales se captura y se concentra la luz solar mediante un colector, que puede ser: • Un disco parabólico que concentra la luz en un punto. • Un conducto parabólico que enfoca la luz en una línea. • Un conjunto de espejos planos que reflejan la luz a un punto. Este calor concentrado sirve para calentar aceite (hasta 400ºC), que calentará agua en otro circuito y la transformará en vapor que moverá una turbina.