Consumo Energético y su Impacto Ambiental

La energía se consume en forma de energía térmica o eléctrica en diversos procesos y actividades, como:

• Calentamiento
• Enfriamiento
• Iluminación
• Movimiento
• Entre otros

El consumo de energía está intrínsecamente ligado al consumo de combustibles fósiles y, por ende, a la generación de gases de efecto invernadero (GEI) y otros contaminantes. A pesar de los esfuerzos globales por reducir emisiones y promover la sostenibilidad energética, con un incremento del 2.6% en la producción de energías renovables, la producción de carbón también aumentó un 3.3% en 2016.

Definición de Trabajo y Energía

El trabajo realizado por una fuerza constante se define como el producto del módulo de la componente de la fuerza (F) en la dirección del desplazamiento (x), y el módulo del desplazamiento (x).

Energía: Un cuerpo posee energía cuando es capaz de producir trabajo.

Potencia: Trabajo realizado en un tiempo determinado.

• WATT (W): Unidad de potencia. En nuestros hogares, mide la tasa de consumo de los diferentes aparatos.
• WATT-HORA (Wh): Mide la energía. Representa la cantidad de tiempo que un aparato con cierta tasa de consumo estuvo en uso.

Centrales Eléctricas y Reacciones Caloríficas

Centrales eléctricas: Utilizan el poder calorífico de combustibles derivados del petróleo (carbón, combustóleo, diésel y gas natural) para calentar agua y producir vapor a temperaturas de hasta 600°C.

Reacciones de combustión: Son reacciones químicas de oxidación donde un combustible (carbón, petróleo, gas, etc.) reacciona con el oxígeno (comburente), generando dióxido de carbono, agua y liberando energía en forma de calor.

El nitrógeno del aire no reacciona y pasa íntegramente a los productos de combustión. En la combustión incompleta, debido a una proporción inadecuada de comburente y combustible, se genera monóxido de carbono (CO).

Partes por millón (ppm): Unidad utilizada para expresar concentraciones muy pequeñas (trazas) de una sustancia en una mezcla.

Efecto Invernadero, Calentamiento Global y Cambio Climático

• Efecto invernadero: Fenómeno natural acentuado por el CO2. Es un mecanismo atmosférico que mantiene la temperatura del planeta al retener parte de la energía solar.
• Calentamiento global: Incremento de la temperatura global promedio.
• Cambio climático: Modificación del clima a escala global.

Mecanismo del Efecto Invernadero

1. La Tierra recibe un flujo constante de rayos solares.
2. Parte de estos rayos son reflejados al espacio por las nubes, pero la mayoría atraviesa la atmósfera y llega a la superficie.
3. La energía solar calienta la superficie terrestre y los océanos.
4. La Tierra emite energía de vuelta a la atmósfera y al espacio exterior en forma de radiación infrarroja (ondas térmicas).

Impactos: No toda la energía emitida por la Tierra regresa al espacio. Parte queda atrapada en la atmósfera debido a los gases de efecto invernadero (GEI), que absorben y remiten la radiación.

Los 17 años más calurosos desde 1880 hasta la fecha.

Cambio Climático

El cambio climático es la modificación del clima con respecto al historial climático a escala global o regional. Estos cambios afectan a diversos elementos climáticos como la temperatura, las precipitaciones y la nubosidad, y ocurren en diferentes escalas de tiempo.

Acidificación de los Océanos

El océano captura aproximadamente el 30% del CO2 atmosférico. Este proceso tiene las siguientes consecuencias:

• Al disolverse el CO2, se liberan iones de H+.
• El incremento de iones H+ aumenta la acidez del agua (disminuye el pH).
• El ion H+ se combina con iones de carbonato para formar iones de bicarbonato.
• El ion de carbonato es esencial para la formación de estructuras carbonatadas en organismos marinos.
• La combinación del aumento de la acidez y la disminución de la disponibilidad de iones de carbonato afecta negativamente a la vida marina.

Emisiones y Gases de Efecto Invernadero (GEI)

Emisión: Liberación al ambiente de cualquier sustancia (en cualquier estado físico) o energía proveniente de una fuente. Puede ser directa o indirecta y altera la composición y condición natural del medio ambiente.

Clasificación de las Emisiones

• Emisiones directas: Generadas por procesos o actividades dentro del establecimiento, provenientes de fuentes fijas o móviles propias o arrendadas.
• Emisiones indirectas: Generadas fuera del establecimiento, como consecuencia del consumo de energía eléctrica y térmica.

GEI Considerados en el Inventario

• Dióxido de carbono (CO2)
• Gases fluorados (HFC, PFC)
• Metano (CH4)
• Óxido nitroso (N2O)
• Hexafloruro de azufre (SF6)

Cada GEI tiene un potencial de calentamiento global (PCG) que refleja su permanencia en la atmósfera y su capacidad de absorción de energía. El CO2 equivalente es una medida que expresa el nivel de calentamiento global de los otros GEI en términos de CO2.

Factor de Emisión

Es una razón que relaciona la cantidad de contaminante con una unidad de actividad. Se basa en mediciones y promedios para determinar una tasa representativa de emisiones para un nivel de actividad y condiciones de funcionamiento específicas. Se recomienda utilizar fuentes confiables para obtener información sobre factores de emisión.

Energías Limpias y su Clasificación

Energías limpias: Fuentes de energía y procesos de generación de electricidad cuyas emisiones o residuos, si los hay, no superan los umbrales reglamentarios.

Clasificación de las Energías Limpias

• Renovables: Eólica, solar, geotérmica, biomasa, hidráulica, oceánica.
• No renovables: Hidrógeno, nuclear, fósil (con criterios de sustentabilidad).

• Energía solar: Energía proveniente del sol, transformada en calor o directamente en electricidad. Incluye:
  • Fotovoltaica: Panel convencional, concentración fotovoltaica.
  • Termosolar: Lineal Fresnel, cilindro parabólico, torre central, disco parabólico.
• Energía eólica: Obtenida de la energía cinética del viento, generada por el calentamiento no uniforme de la Tierra. Las turbinas eólicas (aerogeneradores) transforman la energía cinética en energía mecánica para generar electricidad. Presenta desventajas como la intermitencia, la distancia a las redes eléctricas, la contaminación visual y auditiva, y el impacto en las aves.
• Energía geotérmica: Aprovecha el calor interno de la Tierra, concentrado en sistemas o yacimientos geotérmicos. Se manifiesta en manantiales termales, suelos calientes, volcanes de lodo, fumarolas, géiseres y zonas de alteración hidrotermal.
• Biomasa (Bioenergía): Energía obtenida de la materia orgánica de seres vivos, sus excretas y restos no vivos. Se forma a partir de la energía solar mediante la fotosíntesis. Ejemplos: residuos industriales, aguas residuales, estiércol, residuos sólidos urbanos, residuos forestales y ganaderos. Se clasifica en biomasa húmeda y seca, y se procesa mediante métodos bioquímicos, físicos y térmicos (compactación, fermentación aeróbica y anaeróbica, gasificación, combustión directa).
• Energía hidráulica: Se obtiene de la energía cinética y potencial de ríos o arroyos. Es la forma de energía renovable más utilizada para generar electricidad a nivel mundial. Utiliza agua a presión a través de una turbina.
• Energía oceánica: Aprovecha las olas, mareas, salinidad y diferencias de temperatura del océano.
• Hidrógeno: Posee el mayor valor calorífico y contenido de energía entre los combustibles. 1 kg de hidrógeno equivale a 3.5 l de petróleo, 1 kg de gas natural u 8 kg de gasolina.
• Energía nuclear: Obtenida de los núcleos de los átomos. Puede ser por fisión (dividir el átomo) o fusión (combinar átomos).

Ciudades y Cambio Climático

Mala Calidad del Aire en Áreas Metropolitanas

Las actividades humanas e industriales generan emisiones que contribuyen a la mala calidad del aire en las ciudades, provocando frecuentes alertas ambientales y la activación de planes de contingencia que limitan actividades industriales y al aire libre.

El Rol de las Ciudades frente al Cambio Climático

• Representan el 2% de la superficie terrestre.
• Consumen el 78% de la energía mundial.
• Producen más del 60% del total de CO2.
• Más del 50% de la población mundial habita en ciudades (se espera que supere el 60% para 2050).
• Son vulnerables al cambio climático, especialmente las zonas pobres.

Vulnerabilidad de las Ciudades

Las ciudades son vulnerables a:

• Estrés por calor
• Precipitaciones extremas
• Inundaciones costeras
• Deslizamientos de tierra
• Contaminación del aire
• Sequía y escasez de agua

El sector de bajos recursos es el más vulnerable.

Ciudades Sostenibles

Ejemplos de ciudades sostenibles: Copenhague, San Francisco, Vancouver, Estocolmo, Singapur.

Indicadores de sostenibilidad: Fin de la pobreza, hambre cero, salud y bienestar, educación de calidad, igualdad de género, agua limpia y saneamiento, energía asequible y no contaminante, trabajo decente y crecimiento económico, industria, innovación e infraestructura, reducción de las desigualdades, ciudades y comunidades sostenibles, producción y consumo responsables, acción por el clima, vida de ecosistemas terrestres, paz, justicia e instituciones sólidas, alianzas para lograr los objetivos.