Tema 10 Recursos energtics 1 Concepte denergia convencional

Tema 10: Recursos energètics 1. Concepte d’energia convencional i alternativa 2. Energies convencionals 3. Energies alternatives 1

1. Concepte d’energia convencional i alternativa Classificació segons la seva disponibilitat: a) Energia no disponible: energia calòrica baixa i l’energia del centre de la Terra b) Energia disponible: aquella que per la seva localització, abundància i qualitat es pot utilitzar. L’energia disponible pot ser: a) Energia no renovable: la velocitat de despesa supera la seva renovació, en conseqüència la seva disponibilitat és limitada en el temps. b) Energia renovable: aquella que de manera natural i contínua la que es gastada és substituida per altre com a mínim a la mateixa velocitat 2

Segons l’impacte: a) Energies brutes: emeten substàncies contaminants o generen altres impactes ambientals b) Energies netes: no danyen l’entorn ni generen impactes importants 3

Segons la disponibilitat i l’impacte: a) Energies convencionals: aquelles que són: • No renovables i renovables • Tradicionals • Brutes b) Energies alternatives: * Renovables * Noves * Netes 4

1. El carbó La seva explotació comença al 1765 amb la invenció de la màquina de vapor i la industrialització. Actualment s’utilitza en indústria metal·lúrgica i centrals tèrmiques. El més abundant és la hulla. Torba Tipus Antiguitat [C] Energia Torba Recent < 60% Lignit Antic 60% - 75% Hulla Paleozoic 75% - 90% Alta > 90% Molt alta Antracita Paleozoic Baixa Moderada Contaminants Alt Moderat Baix Molt baix 5

El carbó, a més de contenir C, també conté determinades quantitats de N i S, cosa que suposa l’expulsió de òxids de nitrogen (NOx) i òxids de sofre (SOx) en la seva combustió Extracció lignit Els problemes mediambientals de la combustió del carbó són: • augment del CO 2 augment de l’efecte hivernacle. • augment de la pluja àcida. Actualment es realitza una gasificació o liqüefacció: • Disminueixen els contaminants • Disminueixen les despeses de transport • Disminueixen els impactes ambientals (pluja àcida) • Augmenta l’eficiència 6 energètica

La Xina el principal emissor de CO 2 del món per la seva dependència del carbój 7

2. El petroli i el gas natural En l’any 1859 es va fer a EUA la primera perforació petrolífera. I a partir del S. XX va ser substitut del carbó Extracció petroli El petroli és un líquid amb elevada concentració de carboni que es va formar en àrees oceàniques properes a la costa, actualment enfonsades en zones oceàniques (Mar del Nord) o continentals (Aràbia) 8

Per a la formació de petroli es necessita temps (de 10 a 200 milions d’anys) i una temperatura entre 70 a 130 o. C. Té tendència a ascendir lentament (migració) per les capes permeables (roca magatzem) o fractures obertes (baixa pressió) fins trobar una capa impermeable o trampa petrolífera 9

El trobem en anticlinals (un 8º% de les trampes) o en falles o en estrats que es van aprimant i formen tascons: a) Part superior: gas natural b) Part mitja: petroli c) Part inferior: aigua salada 10

Composició: a) Sòlids: betums i asfalts b) Líquids: cru c) Gasos: metà, età Usos: 1. Obtenció de propà i butà i d’aquests plàstics i gomes sintètiques 2. Dissolvents i benzines 3. Querosé (avions i motors molt potents) 4. Dièsel 5. Asfalts i olis 11

Construcció oleoducte refineria No únicament genera impactes l’ús del petroli sinò també tot alló que envolta: 1. L’extracció 2. El transport (per terra i mar) 3. El tractament en refineries 12

Rotura oleoducte a Brasil Prestige a Galícia Els accidents o actes terroristes en conduccions o transport de petroli poden desencadenar uns riscos induïts o antropogènics que cal tenir en compte per les repercusions ambientals que poden tenir (destrucció d’alguns ecosistemes). 13

Oleoducte Alaska L’alt preu i l’elevat requeriment d’aquest producte provoca la recerca de nous per què s’estima que hi ha reserves en alguns llocs per uns 40 a 100 anys. 14

VENTAJAS INCONVENIENTES * No renovable. Se estima que, al ritmo de consumo actual, las reservas se agotarán en menos de 100 años. * Facilidad de extracción * Tecnología bien desarrollada * Además de fuente de energía, en los procesos de separación, se proporcionan materias primas para la industria química, medicina, alimentación, . . . * Transporte caro * Difícil almacenamiento * Provoca graves problemas ambientales: efecto invernadero, lluvia ácida. . . * Es un desperdicio destinar a ser quemados materiales que son materias primas para la industria química, medicina, alimentación, etc. 15

3. La fissió nuclear consisteix en l’alliberament d’energia que s’obté en desintegrar alguns àtoms radioactius (U-235 que s’obté del mineral uraninita) Si es trenca l’equilibri protons-neutrons, molt làbil en molècules de gran pes, es trenca alliberant neutrons i molta energia, aquests neutrons passen a formar part d’altres molècules inestabilitzant-les i trencant-les amb una reacció en cadena de gran poder energètic En un reactor nuclear: a) Conté el material enriquit o concentrat anomenat combustible nuclear b) Absorbeix neutrons sobrants (es forma Cd o B) c) Disminueix i controla la velocitat de sortida de neutrons (passa de 20. 000 km/s a 2 km/s amb aigua pesant o grafit) d) Refrigera (aigua o metalls líquids) el procés per eliminar les altes temperatures, si falla com Chernobil el reactor es fon. 16

Central d’Ascó 17

3. La fissió nuclear Central nuclear que transforma energia tèrmica en mecànica i aquesta en elèctrica Inconvenients: a) S’emeten radiacions especialment la reben els treballadors b) Apareixen residus radioactius o nuclears que cal eliminar en seguretat c) Requereixen gran seguretat: * emplaçament correcta: geologia estable, fonts d’aigua, demografia * barreres de seguretat: fins a 3 nivells * instal·lació de sistemes d’emergència i refrigeració 18

2. Energies convencionals 3. La fissió nuclear VENTAJAS • Grandes reservas de uranio • Tecnología bien desarrollada INCONVENIENTES • Alto riesgo de contaminación en caso de accidente • Producción de residuos radiactivos peligrosos a corto y largo plazo • Gran productividad. Con • Difícil almacenamiento de los residuos pequeñas cantidades de sustancia producidos se obtiene gran cantidad de energía. • Alto coste de las instalaciones y mantenimiento de las mismas • Aplicaciones pacíficas y médicas • Posibilidad de uso no pacífico 19

4. L’energia hidràulica Una turbina acoblada a un generador elèctric permet aprofitar l’energia potencial. Poden ser minicentrals o macroinstal·lacions És tradicional i en sí mateix és una energia neta encara que la construcció té efectes ambientals a tenir en compte. 20

2. Energies convencionals 4. L’energia hidràulica 1. Rodete 2. Cuchara 3. Aguja 4. Tobera 5. Conducto de 6. entrada 7. Mecanismo de regulación 8. Cámara de salida 21

2. Energies convencionals 4. L’energia hidràulica VENTAJAS * Es una energía limpia * No contaminante * Su transformación es directa * Es renovable INCONVENIENTES * Imprevisibilidad de las precipitaciones * Capacidad limitada de los embalses * Impacto medioambiental en los ecosistemas * Coste inicial elevado (construcciones de grandes embalses) * Riesgos debidos a la posible ruptura de la presa 22

3. Energies alternatives 1. L’energia eòlica Energia alternativa: és neta (no emet contaminants) amb tecnologia nova i sempre hi haurà vent. N’hi ha 2 tipus: 1. Aerogeneradors 2. Aerobombes 23

3. Energies alternatives 1. L’energia eòlica Per l’aprofitament de la froça del vent hi ha: Aerobombas s’utilitzen per bombar l’aigua subterrània. Aerogeneradors s’utilitzen per produir electricitat 24

1. L’energia eòlica. Aerogeneradors La tecnologia ha anat augmentant fins arribar a uns nivells acceptables de producció energètica. Aixó ha comportat un augment en el seu ús Requereix: a) Zona amb vents constants b) Zona amb vents unidireccionals c) Zona amb vents de velocitat superior a 5 m/s 25

Parcs eòlics Inconvenients: 1. Part elevada de muntanyes (impacte visual important) 2. Sorolls (impacte acústic). 3. Interferències en les comunicacions. 4. Interferències en el vol de les aus. 26

Part eòlic marí 27

Aerobombes Són una espècie de molins que serveixen per extraure aigua de pous Aerobomba 28

L’energia eòlica. VENTAJAS INCONVENIENTES * Intermitencia de los vientos * Limpia * Sencillez de los principios aplicados * Conversión directa • Empieza a ser competitiva, por la alta rentabilidad económica * Dispersión geográfica * Impacto ambiental sobre ecosistemas * Generación de interferencias * Tecnología en desarrollo * Dificultad de almacenamiento 29

3. Energies alternatives 2. L’energia solar Els sistemes passius són els hivernacles o l’arquitectura bioclimàtica Arquitectura bioclimàtica Hivernacles o utilització de l’efecte hivernacle 30

Energia solar tèrmica Sistemes actius Es tracta d’aconseguir aigua o aire calent amb captadors solars 31

Energia solar tèrmica Zones en insolació elevada, cara sur, baixa quantitat de dies en boira o núvols doncs disminueix mollt l’efectivitat. Pot ser utilitzada en grans superfícies com piscines, etc. 32

1. Col·lector solar de baixa temperatura (<100 o. C) per ús domèstic. Una membrana fina que per dins circula aigua a molt baixa velocitat que es escalfada e introduida de nou en l’edifici. 33

1. Col·lector solar de temperatura mitjana (100 o. C-300 o. C): Colector solar parabòlic amb sensor o rellotge per seguir la posició del Sol i rendibilitzar el procés 34

1. Col·lector solar de temperatura alta (fins a 4. 000 o. C) o heliòstats 35

1. Caldera 2. Camp de heliostats 3. Torre 4. Magatzem tèrmic 5. Generador de vapor 6. Turbo-alternador 7. Aero-condensador 8. Línies de transport d’energia elèctrica 36

Central heliostàtica 37

3. Energies alternatives 2. L’energia solar Energia solar fotovoltàica Són transformadors d’energia solar en energia elèctrica. Requereixen acumuladors o bateries. Poden ser sistemes autònoms i tenir o no bateries o piles (rellotges o calculadores) 38

Energia solar fotovoltàica Són molt útils per produir energia en llocs asolellats i lluny de zones on seria molt car i ecològicament negatiu fer-hi arribar cables elèctrics Caseta de control de circulació en carretera i semàfors i panells informatius 39

Energia solar fotovoltàica Altres sistemes estan en xarxa. Si produeixen energia excedentària la xarxa pot disposar d’ella doncs són megavats i les empreses han de pagar l’ús d’aquesta energia. Són cares i tenen, com a mínim, una rendibilitat mínima de 5 anys. 40

L’energia solar VENTAJAS INCONVENIENTES * Grandes variaciones en el tiempo de irradiación * Limpia * Sencillez de los principios aplicados * Conversión directa * Empieza a ser competitiva * Es aprovechable sólo en algunas partes del planeta * Necesidad de grandes superficies de captación para su aprovechamiento a gran escala * Tecnología en desarrollo * Dificultad de almacenamiento 41

Estació mixta 42

3. Energies alternatives 3. L’energia geotèrmica El gradient geotèrmic normal és de 2, 5 -3 o. C/100 m, encara que hi ha zones en el que el gradient és superior a 10 o. C/100 m i es pot aprofitar si la geologia ho permet: * Zones de subducció on el magma ascendeix * Dorsals o rift: ascens per convecció (Islàndia) * Punts calents (Yellowstone o Hawaii) * Falles de distensió postorogènic alpí (Catalunya) 43

A Catalunya la zona amb més flux calorífic es troba a la zona de la Garrotxa i a la plana de l’Empordà. La escorça és molt prima a conseqüència de la distensió lligada al rift europeu. Gran potencial geotèrmic lligat a la falla del Vallès: Caldes de Montbui, de Malavella, … Filipinas és el pais de tres de les 10 més grans centrals geotèrmiques en el món, seguit d’Estats Units e Indonèsia amb dos, y de Italia, Mèxic e Islàndia amb una.

Es pot utilitzar en les cases com a calefacció en forma de terra de fusta radiant 45

Central geotèrmica Central de Lardarello La Toscana italiana, en 1904, va ser la primera en utilitzar energia geotèrmica per a producir electricitat, i en 1913 es va construir la primera central en Lardarello. La segona en Nova Zelanda, pais que té el sistema més sofisticat en centrals geotèrmiques.

Central de Soultz-sous-Forêts en França, la única que no es troba en una zona de la Terra sense anomalies tèrmiques

3. L’energia geotèrmica VENTAJAS INCONVENIENTES * Limpia • En los sitios donde se da, es abundante. • És la más eficiente de todas las renovables (una central geotérmica se amortitza de 4 a 6 años). u Disponible en qualsevol època i clima de l'any. u Renovable * Sólo es aprovechable en lugares muy concretos * Tecnología en desarrollo. • Mínimo impacto paisajístico 48

3. Energies alternatives 4. Hidrogen S’obté per electrolisi d’aigua i s’introdueix en piles de combustible on es fa reaccionar amb oxigen per generar aigua. No produeix més que H 2 O, calor i no fa soroll 49

u u Per obtenir l’hidrogen de l’electròlisi de l’aigua es necessita força energia. Les piles de combustible amb d’incorporar un condensador del vapor d’aigua per convertir-lo en aigua líquida, ja que el vapor d’aigua és un gas hivernacle. Barcelona utilitza busos amb hidrogen des del 2003

VENTAJAS * Limpia INCONVENIENTES * Difícil almacenamiento y distribución (gas inflamable) * Renovable * Elevado coste de producción.

3. Energies alternatives 5. Energia mareomotriu La central mareomotriu de Rance River, a França, a l’any 1967 va constituir el primer exemple de central mareomotriu. És la segona més gran del món, seguida de la de Corea del Sud (Sihwa Lake), després les del Regne Unit i Escòcia. També hi ha a Canadà, Rússia i Portugal 52

Aquesta energia no es veu limitada ni pel clima ni per l'època de l'any i la tècnica consisteix a canalitzar l'aigua de la marea en una conca, i en el seu camí accionar les turbines d'una central elèctrica. Quan les aigües es retiren, també generen electricitat. 53

Avantatges: Renovable Neta Silenciosa Baix cost de matèries primes. No concentra població Disponible en qualsevol epoca i clima de l'any. Inconvenients: Necessitat de construir preses que son molt costoses. Possible impacte ambiental en alguns ecosistemes Nomes es pot aprofitar en llocs molt concrets Corrosió dels sistemes

3. Energies alternatives 6. Fusió nuclear Per fer una fusió entre dos nuclis fa falta que s’aproximin molt (requereix temperatures de 60 -70· 106 ºC) doncs es repel·len. Aixó expulsa els electrons i queda un plasma de protons que es poden fusionar i desprendre molta energia. VENTAJAS * No hay residuos radioactivos * Recursos prácticamente ilimitados INCONVENIENTES * Dificultad del desarrollo tecnológico necesario. Actualmente se encuentra en fase de investigación y desarrollo. * No se ha establecido aún si origina residuos peligrosos. 55

3. Energies alternatives 7. Biomassa: conjunt de tota la matèria orgànica que es troba a la Terra Són els combustibles que provenen directa o indirectament de recursos biològics. La biomassa es pot classificar en: - biomassa natural es produeix espontàniament en la natura (llenya, fusta, . . - cultius energètics: en terrenys agrícoles com forestals. - biomassa residual seca: residus d’activitats agrícoles i forestals, de la indústria alimentària i en la indústria de trenasformació de la fusta. - biomassa residual humida: residus biodegradables, siguin urbans, industrials o ramaders. 56

La transformació de biomassa en energia es pot fer per: - cremar biomassa i utilitzar el calor alliberada. - utilitzar microorganismes que degraden molècules orgàniques. Ex: digestió anaeròbica per a produir metà Els combustibles més comuns són: - bioetanol s’obté de plantes amb un alt contingut en midó, com els cereals. - biodièsel prové de plantes oleaginoses com el gira-sol o la colza