Energías Renovables Dependientes del Sol

Energía Solar

Todas las energías renovables dependen, en última instancia, del Sol.

Paneles Solares

Se utilizan para la obtención de agua caliente.

Centrales Solares Térmicas

Generan electricidad térmica a partir del calor. Estructura y procesos:

• Captura y concentración de la luz solar:
  • Disco parabólico enfocado a un punto.
  • Superficie alargada y cóncava enfocada en un tubo.
  • Espejos planos enfocados a un punto en una torre central.
• Fluido para almacenar el calor: Se utiliza aceite.
• Se genera vapor, que mueve una turbina conectada a un dinamo, produciendo electricidad.

Inconvenientes:

• Problemas de duración debido a las altas temperaturas.
• Impacto visual, ya que ocupan mucha superficie.

Son adecuadas para viviendas particulares, casas aisladas, granjas, etc. Existen centrales experimentales.

Centrales Solares Fotovoltaicas

Generan electricidad fotovoltaica. Características:

• Convierten directamente la luz solar en electricidad.
• Utilizan células solares de silicio: fotones inciden en la célula solar, liberando electrones.
• Son utilizadas en naves y satélites espaciales.

Ventajas:

• No producen ningún tipo de contaminación.
• Instalaciones de bajo mantenimiento.
• No requieren agua.
• Rentables en zonas sin infraestructura eléctrica.

Inconvenientes:

• Las células solares son muy caras.
• Requieren un espacio considerable.
• Impacto visual.
• Variabilidad en la producción de electricidad.

En España:

• Radiación solar media: 1500 kW*h.
• Es el primer productor de células solares y paneles fotovoltaicos.
• Produce poca energía fotovoltaica.

Energía Eólica

Aparatos:

• Molinos de viento.
• Aerogeneradores conectados a un dinamo para generar electricidad.

Ventajas:

• No contamina, salvo por el ruido que produce.
• Bajo precio. Es económicamente competitiva.
• Se usan como complemento de otras fuentes de energía.

Inconvenientes:

• Ruido.
• Impacto visual.
• Incrementan la erosión, ya que secan la superficie del suelo.

Energía de la Biomasa

Características:

• Es renovable (si se utiliza correctamente), barata y limpia.
• Productos que se pueden utilizar:
  • Forestales.
  • Desechos agrícolas.
  • Desechos animales.
  • Basuras.
• Alto contenido de residuos no utilizables, lo que implica un transporte caro. La transformación energética debe realizarse en el lugar de obtención de la biomasa.

Basuras Urbanas

• Incineración para generar calor, vapor y, finalmente, electricidad. Produce contaminación.
• Se requiere depuración y filtrado de los gases.

Transformación en Biocombustibles

Con los residuos orgánicos se pueden obtener biofueles líquidos o gaseosos, mediante:

• Acción bacteriana.
• Procesos químicos.

Tipos de Biocombustibles:

• Biogás (60% metano, 40% CO₂): Se obtiene por descomposición anaerobia de los residuos.
• Etanol: Se obtiene por fermentación y posterior destilación de cereales, remolacha o caña de azúcar. En Brasil se utiliza para motores (mezclado con gasolina).
• Metanol: Se obtiene a partir de madera, desechos agrícolas, basuras y carbón.
• Bioaceites: Se obtienen a partir de semillas (colza, girasol, soja). Se utilizan para motores diésel:
  • Sin refinar: motores modificados.
  • Refinado: motores normales.
  • Mezclados con combustibles fósiles: motores normales.

Problemas de los Biocombustibles:

• Necesidad de cambios en los automóviles.
• Poder corrosivo de los alcoholes.
• Emisiones de NO_x y formaldehído.
• Motores difíciles de arrancar en climas fríos.

Sistemas Arquitectónicos Pasivos

• Buscan el ahorro energético en los hogares para calentar, enfriar e iluminar.
• Arquitectura bioclimática.
• Arquitectura solar pasiva: Se basa en el diseño, orientación, espesor de muros, tamaño de ventanas, materiales de construcción y tipo de acristalamiento.

Energías Independientes de la Energía Solar

Energía Mareomotriz

Se aprovechan las mareas para mover turbinas conectadas a un dinamo, generando electricidad.

Energía Geotérmica (No Renovable)

• Se aprovecha el calor del interior terrestre.
• Se utilizan fuentes geotérmicas.
• Existen pocos lugares apropiados (Islandia).
• La extracción de agua puede provocar hundimientos.
• Provoca ruidos y olores.
• No es competitiva económicamente.
• Funcionamiento de una central geotérmica: Se aprovecha el agua caliente resultante.
• Las perforaciones llegan hasta 3500 m de profundidad.

El Hidrógeno como Combustible

Características:

• No se encuentra libre, sino formando parte de otras moléculas (agua, combustibles fósiles y moléculas orgánicas).
• Es un sistema de almacenamiento de energía, procedente de una fuente variable (como la solar).
• Al quemarse, se recupera parte de la energía utilizada en su producción.
• Es muy eficiente: produce el triple de energía que el petróleo.
• Se producen 400.000 millones de m³/año.
• No contamina cuando se utiliza.

Producción:

• La mitad del H₂ utilizado en el mundo se extrae de gas natural, otros combustibles fósiles y biomasa. Esto presenta problemas:
  • Consume combustibles fósiles.
  • Genera CO₂.
• Electrólisis del agua:
  • Requiere electricidad.
  • Es muy caro.
  • Se puede usar energía solar para generar electricidad, que luego se utiliza para la hidrólisis del H₂O, obteniendo H₂, que se almacena y se usa para combustión, generando electricidad.
• Luz solar para la fotólisis del H₂O (en investigación).

Transporte:

• Por tuberías (coste inferior al transporte de electricidad por cables).
• Se puede utilizar la infraestructura del gas natural.

Inconvenientes:

• Es muy explosivo.

Pila de combustible (Pila de Hidrógeno):

Funcionamiento:

2H₂ → 4H⁺ + 4e^– (Ánodo -)

O₂ + 4H⁺ + 4e^– → 2H₂O (Cátodo +)

Energía Nuclear de Fusión (en experimentación)

Reacciones de fusión atómica:

Núcleos ligeros se fusionan para formar un núcleo más pesado, liberando energía.

Condiciones:

• Temperaturas muy altas:
  • 10⁷ ºC en el Sol.
  • 10⁸ ºC en la Tierra.
• Átomos en estado de plasma:
  • Núcleos desnudos con carga positiva.
  • Electrones separados de los núcleos.
• No existe ningún material capaz de contener el plasma.
• Hay que almacenarlo mediante campos electromagnéticos.

Combustibles:

Deuterio + Tritio → Helio + neutrón + Energía

Problemas:

• Aspectos teóricos en estado avanzado.
• Aspectos prácticos poco avanzados.
• El tritio es radiactivo. Se puede generar en el momento de su uso mediante reacciones nucleares con litio.
• Los materiales del reactor se transforman en radiactivos.

Diseños de reactores:

• Confinamiento magnético (tokamak): Botella magnética con el plasma circulando hasta alcanzar la temperatura de la reacción.
• Confinamiento inercial: Esfera constituida por los reactivos, atacada por potentes láseres que la hacen implosionar.

Ventajas:

• Muy duradera.
• Se necesitan pequeñas cantidades de combustible.