Energías Renovables: Una Alternativa Sostenible

Las energías renovables se encuentran de forma ilimitada, tienen capacidad de regeneración y no contaminan el medio ambiente. Las principales son: solar, eólica, minihidráulica, mareomotriz y olamotriz. Son necesarias por:

• El agotamiento de los combustibles sólidos.
• La demanda de energía aumenta continuamente.
• El miedo despertado por los posibles riesgos de las centrales nucleares.

Ventajas: Son limpias, inagotables y económicas. Inconvenientes: Rendimiento pequeño respecto a centrales convencionales.

Energía Solar: Características y Aprovechamiento

Características del Sol

• Zona de radiación: 130.000ºC
• Fotosfera: Gases ionizados a 6000ºC. En ella se producen erupciones (protuberancias), viento solar, campos magnéticos, etc.
• Cromosfera: Tiene una altura de 1000 km.
• Corona solar: Espesor de 1 millón de km y una temperatura aproximada de 1 millón ºC.

De la energía generada por el sol, solo llega a las capas altas de la atmósfera unas 2 millonésimas partes (≈1350W/m²), en forma de ondas electromagnéticas (radiaciones gamma, ultravioletas, infrarrojos y luz visible). Solo 2/3 (≈900-1000W/m²) de esta energía toca la superficie de la tierra, el resto es absorbido o reflejado por la atmósfera.

Mapas de Radiación

Factores que influyen en la radiación solar:

• La zona geográfica.
• La época del año.
• La hora del día.
• La latitud y la altitud.
• La climatología.
• La geografía.

Aprovechamiento de la Energía Solar

Aprovechamiento Fototérmico

Se aprovecha la energía térmica del sol.

Colectores planos: Reciben la radiación solar y gracias a su orientación al sur, a su color negro y al efecto invernadero, calientan un fluido. Hay 3 tipos:

• Sin cristal: Alcanzan hasta 35ºC
• Con cristal: Alcanzan hasta 60ºC
• Al vacío: Alcanzan hasta 120ºC

Colectores de concentración: Están formados por superficies reflectantes cóncavas que proyectan la radiación solar. Pueden alcanzar hasta los 300ºC.

Conversión Fotovoltaica

Se aprovecha la energía luminosa del sol. Utilizan las células fotovoltaicas.

1. Red del electrodo superior (-)
2. Capa antirreflectante
3. Silicio n (fósforo, antimonio) cede e^–
4. Silicio puro
5. Silicio p (boro, indio) capta e^–
6. Electrodo inferior (+)
7. Cuando la célula recibe la luz del sol, los electrones libres de la capa n, absorben energía y se desplazan, a través de la red de electrodos, a la capa p, generando corriente eléctrica.

Se obtiene a una temperatura de 25ºC y una densidad de radiación de 1000 W/m².

Centrales Fototérmicas

• Central de colectores distribuidos: Estas centrales poseen una gran cantidad de colectores solares colocados en serie, que elevan la temperatura de un fluido para producir vapor, que accionará unas turbinas.
• Central de torre central: Estas centrales disponen de una torre donde está situado el foco de la caldera. Esta torre está rodeada de espejos, denominados helióstatos.

Ventajas: Limpia e inagotable. Inconvenientes: Cara, imposibilidad de almacenaje, impacto paisajístico, ocupación de mucha superficie, muy variable.

Energía Geotérmica

La energía geotérmica aprovecha el calor interno de la Tierra.

Factores que influyen

• Factores geológicos: Al inyectar el agua se provocan hundimientos en el terreno, que producen pequeños movimientos sísmicos y deterioran las instalaciones.
• Factores tecnológicos: Las conducciones se obstruyen y se corroen por las sales.
• Factores geográficos: Es difícil encontrar zonas que reúnan todos los requisitos.

Tipos de Centrales Geotérmicas

Geotermia de Baja y Media Energía

• Temperatura del foco ≈ 100-150ºC.
• El fluido puede ser utilizado directamente o cederlo en un intercambiador.
• No se puede transportar a mucha distancia.
• Se emplea en balnearios, calefacción, etc.

Geotermia de Alta Energía

• Temperatura del foco ≈ 1250ºC.
• El agua se transforma en vapor y se extrae.
• El calor del vapor es cedido mediante un intercambiador a otro circuito lleno de freón o N₃, que se encargará de mover las turbinas.

Tipos de Yacimientos

• Yacimientos hidrotérmicos.
• Yacimientos geopresurizados.
• Yacimientos de roca caliente.

Ventajas e Inconvenientes de la Energía Geotérmica

Ventajas: Relativamente limpia, inagotable y regular, no emite CO₂, ocupa menos superficie por unidad de energía producida. Inconvenientes: Contaminan las aguas superficiales y la capa freática por acumulación de sales, coste muy alto, produce malos olores (H₂S), hay muy pocas zonas aptas, impacto paisajístico.

Biomasa

La biomasa es la materia orgánica no fósil.

Tratamientos de la Biomasa

Procesos Físicos

Compactación: Se tritura, se seca y se compacta fabricando briquetas o pellets. Estas se utilizan como combustible quemándolas directamente.

Procesos Bioquímicos

• Fermentación aeróbica: La biomasa fermenta en presencia de aire, los azúcares que contienen se transforman en alcohol (etanol). Por cada kg de azúcar se obtienen 510 g de etanol.
• Fermentación anaeróbica: La biomasa fermenta sin aire en digestores. En dicha fermentación se genera calor, que puede ser utilizado para calentar agua, se desprende metano y CO₂. La materia sólida que queda una vez finalizado el proceso se denomina compost, que puede usarse como abono.

Procesos Térmicos

• Gasificación: Se calienta en presencia de aire lo que provoca su oxidación parcial y gasificación, obteniendo, una vez destilados, hidrocarburos (biocombustibles).
• Pirólisis o destilación seca: Se calienta sin presencia de aire, lo que permite liberar las sustancias volátiles combustibles como el gasógeno.
• Combustión directa: De los residuos forestales, agrícolas, etc.

Central de Biomasa

Una central de biomasa es similar a una central térmica convencional. Su tamaño es más reducido y el combustible de partida es triturado y separado por tamaños. Su rendimiento está entre el 20-25% y las potencias están alcanzando los 50 MW.

Residuos Sólidos Urbanos (RSU)

• Residuos inertes: Materiales de los que no se puede obtener ningún tipo de energía, pero sí se pueden reciclar: vidrios, metales, escombros, etc.
• Residuos orgánicos: Residuos fermentables; resto de alimentos y vegetales.
• Residuos combustibles: Papel, telas, plásticos, cueros, etc.

Ventajas: Es relativamente limpia al ser menos contaminante que los combustibles fósiles. El CO₂ emitido es prácticamente igual al absorbido por la planta, se aprovechan los residuos y se reducen los desechos, fácil de obtener, y se obtiene compost. Inconvenientes: El elevado coste de transformación para la obtención de biocombustibles, se necesitan filtros para eliminar las dioxinas y los furanos, utilización de mucha superficie de cultivo y se elevan los precios de los cultivos.

Energía Olmotriz y Otras Energías del Mar

Energía Olmotriz

Es el aprovechamiento de la energía cinética del movimiento de las olas. La energía media obtenida es de 8 kW/m de costa.

Energía Hidrotermica

Es el aprovechamiento de la diferencia térmica existente entre las capas superficiales y profundas del mar. Existen dos tipos:

• De ciclo abierto: Se aprovecha la propia agua de mar, se evapora el agua a baja presión aumentando la presión, utilizándola para mover turbinas.
• De ciclo cerrado: Se utiliza un fluido de bajo punto de ebullición (freón, propano o amoniaco). Se introduce dentro de un circuito cerrado de tuberías. Al subir el fluido a las capas superficiales del mar, debido al calor del agua, se evapora el fluido y aumenta la presión en la tubería, dicha presión se utiliza para mover turbinas. A continuación, se dirige el fluido gaseoso hasta las capas profundas del mar, debido a las bajas temperaturas se licua reduciendo la presión.

Si la diferencia de temperatura no es muy alta su rendimiento no supera el 7%.

Corrientes Marinas

Mediante turbinas submarinas se aprovechan las corrientes marinas provocadas por diferencias térmicas del agua o por las mareas.