viernes, 19 de febrero de 2016

OTRAS ALTERNATIVAS DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA LIMPIA














Nuestros combustibles son en su mayor parte hidrocarburos, compuestos químicos que incluyen el hidrogeno y el carbono. Los hidrocarburos son combustibles de alto valor energético, pero su combustión introduce una variedad de contaminantes en la atmósfera.


Esto no solo resulta en smog y enfermedades respiratorias, sino que produce también grandes cantidades de dióxido de carbono que es un gas que  atrapa el calor del Sol en la capa inferior de nuestra atmósfera, elevando las temperaturas globales. 

A sabiendas  de que casi todos nuestros combustibles no son renovables y que la cantidad  que podemos sacar de la tierra es limitada, al agotarse o mucho mejor antes de agotarse, tendremos que buscar nuevas fuentes de energía. En ese sentido, hablaremos de  otras formas de energías alternativas del futuro inmediato, energía en la mayoría de los casos libre de contaminación.

Desde tiempos remotos el hombre se ha visto en la necesidad de utilizar los recursos que brinda  la naturaleza para producir energía y poder sobrevivir.

Hoy  día somos dependientes del carbón, el petróleo y el gas natural para satisfacer nuestras necesidades de energía y al hacerlo le estamos haciendo un grave daño ecológico a nuestro planeta, por eso es obligación de nosotros ,generar energía a través de recursos naturales e ilimitados, que no emitan gases causantes del calentamiento global y  del efecto invernadero entre otros efectos negativos, es un asunto que desvela a los gobiernos de todo el mundo, y es El Hidrógeno el elemento químico que promete revolucionar el transporte, la industria y hasta la vida hogareña. 

La gravedad del efecto invernadero ha disparado la necesidad de buscar combustibles alternativos al petróleo.
En un mundo donde un tercio de la población no tiene acceso a servicios energéticos, y en el que los niveles de calentamiento global subieron notablemente en los últimos años, el hidrógeno se impone como una alternativa para generar energía limpia en reemplazo de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) cuestionados por su efecto negativo sobre el medio ambiente.

El jurista William Grove demostró en 1839 que se podía generar corriente eléctrica a partir de una reacción electroquímica entre hidrógeno y oxigeno. No podía imaginar Grove que 200 años después científicos e investigadores en la materia seguirían utilizando la esencia de su descubrimiento para convertir el hidrógeno en una fuente de energía masiva que contrarreste e incluso llegue a poner fin a los efectos de un uso y abuso de recursos energéticos tradicionales, como el petróleo o el carbón, para mantener las exigencias energéticas de nuestras sociedades.

 Dos siglos de estudios e investigaciones han conseguido que se conozca la manera de comprimir y almacenar el elemento más abundante del universo en una célula o pila de combustible, que genera la energía necesaria para hacer funcionar prototipos de vehículos, autobuses de transporte urbano e incluso plantas industriales o baterías de teléfonos móviles con el único desecho de agua y calor. No obstante, la clave aún sin descifrar se halla en conseguir el hidrógeno de una manera limpia, sin que produzca una contaminación dañina para nuestro hábitat.

         El hidrógeno es un elemento en estado gaseoso en condiciones ambientales normales, pero que es factible de almacenamiento, transporte y distribución, lo que permite su aplicación a cualquier segmento de la demanda.
         El hidrógeno fue descubierto por el científico británico Henry Cavendish, en 1776, quién informó de un experimento en el que había obtenido agua a partir de la combinación de oxígeno e hidrógeno, con la ayuda de una chispa eléctrica. Como estos elementos, no eran conocidos los denomino "aire sustentador de la vida" y "aire inflamable" respectivamente. El químico francés Antoine Lauren Lavoisier consiguió repetir con éxito el experimento en 1785 y dio el nombre de oxígeno al "aire sustentador de la vida" y el de hidrógeno al "aire inflamable".

         El hidrógeno es el elemento más ligero, más básico y más ubicuo del universo. Cuando se utiliza como fuente de energía, se convierte en el combustible eterno. Nunca se termina y, como no contiene un solo átomo de carbono, no emite dióxido de carbono. El hidrógeno se encuentra repartido por todo el planeta: en el agua, en los combustibles fósiles y en los seres vivos. Sin embargo, raramente aparece en estado libre en la naturaleza, sino que tiene que ser extraído de fuentes naturales.
         El hidrógeno es un elemento químico que contiene energía y que puede ser almacenado en forma líquida o gaseosa. Es 14 veces más ligero que el aire, incoloro, inodoro y no tóxico, ya que su único producto luego de la combustión es agua.

El hidrógeno no es fuente primaria de energía, no es un combustible que podamos extraer directamente de la tierra como el gas natural. La fuente más común de hidrógeno es el agua. Se obtiene por la descomposición química del agua en oxígeno e hidrógeno partir de la acción de una corriente eléctrica (electrólisis) generada por fuentes de energía renovable (solar fotovoltaica, eólica, etc.). Este proceso divide el agua, produciendo oxígeno puro e hidrógeno
El hidrógeno obtenido puede ser comprimido y almacenado en celdas por varios meses hasta que se lo necesite. El hidrógeno representa energía almacenada, se puede quemar como cualquier combustible para producir calor, impulsar un motor, o producir electricidad en una turbina.

Otra forma de producir hidrogeno es extrayéndolo de las cepas bacterianas. El agente de selección permite identificar las cepas sin necesidad de secuenciar el genoma de las bacterias o modificarlas genéticamente.


Con el uso del agente de selección, los inventores identificaron un gen que inactiva el sistema de absorción de hidrogeno de las bacterias para que ellas suelten todo el hidrogeno producido, este es capturado y utilizado como un combustible cuyos subproductos son agua y calor.

Esta tecnología fue desarrollada por Paul Bishop, Telisa Loveless, Jonathan Olson y José Bruno-Bárcena












BACTERIA QUE PRODUCE  HIDRGENO

Hidrógeno y celdas combustibles
A pesar de tener disponibles una gran variedad de alternativas para satisfacer nuestras necesidades de energía, la mayoría de nuestra energía la obtenemos por medio de la combustión.

Aunque la energía renovable se está volviendo más económica, hay un problema técnico muy importante que debemos resolver antes de poder adoptar una economía basada en la energía renovable. La energía eólica y solar no está siempre disponible cuando las necesitamos. ¿Cómo podemos mantener las luces encendidas cuando el sol no brilla, o cuando el viento no sopla? No es posible almacenar la electricidad directamente.


Lo que necesitamos es una forma de energía que podamos almacenar  y  convertir fácil y rápidamente en electricidad. Por supuesto existen varias tecnologías para hacerlo, como las baterías, los volantes de inercia, y los ultra-condensadores, pero el hidrógeno está emergiendo como la manera más efectiva para almacenar la energía.


  Situación actual

Docenas de compañías y laboratorios investigadores en Norteamérica, Europa y Asia están desarrollando las celdas de combustible y los electrolizadores. Sin embargo, todavía no hay productos de celda de combustible listos para su venta “al detalle” a consumidores individuales.

Varios investigadores y empresas están desarrollando celdas de combustible que funcionarán utilizando combustibles fósiles en vez de hidrógeno electrolizado puro. Esta técnica tiene la ventaja de que estos combustibles siguen siendo baratos y disponibles en todas partes. A los precios actuales, es más económico producir el hidrógeno utilizando los combustibles fósiles que hacerlo por medio de la electrólisis. Sin embargo, los combustibles fósiles no serán baratos ni abundantes en el futuro. Además, el proceso de reformar estos combustibles para su uso en celdas de combustible no evita el problema de la emisión de dióxido de carbono en la atmósfera. El hidrógeno solar, en comparación, nos ofrece una solución energética que resuelve todos estos problemas


Cómo sería la vida si todos los vehículos obtuvieran de repente su energía a partir de células de combustible basadas en el hidrógeno?

Distintos estudios sostienen que tal conversión mejoraría la calidad del aire, la salud humana y el clima, sobre todo si se utilizara el viento en la generación de la electricidad necesaria para extraer el hidrógeno del agua en un proceso sin contaminación.

De forma semejante a cómo se bombea el gas en tanques, el hidrógeno se bombearía en células de combustible que se basan en procesos químicos y no en la combustión, para impulsar los vehículos. Cuando el hidrógeno fluye a través de los compartimientos de la célula de combustible, reacciona con el oxígeno para producir agua y energía.

Tal conversión podría evitar anualmente millones de casos de enfermedades respiratorias y decenas de miles de casos de hospitalización.

La conversión de todos los vehículos actuales en vehículos alimentados por células de combustible recargadas por el viento, podría hacerse a un costo de combustible comparable con el de la gasolina, e incluso menor si se consideran los efectos de la gasolina sobre la salud.


ELEMENTOS DE LA ECONOMIA DE HIDROGENO

Si las celdas de combustible son tan maravillosas, ¿por qué todavía no las vemos en cada casa y automóvil? El obstáculo mayor es el gran costo inicial. Los sistemas de celda de combustible actualmente cuestan por lo menos $5 000 US por kilovatio, y puede ser muy difícil encontrarlos a cualquier precio. El costo tendrá que rebajarse hasta $1 500 US o menos para competir con las otras tecnologías para la generación de energía eléctrica. En el futuro ocurrirán cuatro cosas que van a hacer la energía de hidrógeno más atractiva económicamente:

1-Avances técnicos en las celdas de combustible van a resultar en la producción de mayor potencia y a menor costo
2-La producción en gran escala va a reducir el costo por unidad, en comparación con los aumentos en el costo del petróleo, el hidrógeno se convertirá en una ganga.

3-El aumento de la atención respecto de la eficiencia energética, reducirá nuestro uso de energía por persona, haciendo más factible la adopción de tecnologías relativamente costosas, como las celdas de combustible.

4- El costo de mantenimiento es muy bajo. Los sistemas para la generación de hidrógeno son realmente muy sencillos y tienen pocos componentes móviles que se agotan.


LAS VENTAJAS DE UTILIZAR EL HIDRÓGENO COMO ENERGÍA SON:

No produce contaminación ni consume recursos naturales: El hidrógeno se toma del agua y luego se oxida y se devuelve al agua. No hay productos secundarios ni tóxicos de ningún tipo que puedan producirse en este proceso.

 -Seguridad: Los sistemas de hidrógeno tienen una historia de seguridad muy impresionante. En muchos casos, el hidrógeno es más seguro que el combustible que está siendo reemplazado. Además de disiparse rápidamente en la atmósfera si se fuga, el hidrógeno, en contraste con los otros combustibles, no es tóxico en absoluto.

-Alta eficiencia: Las celdas de combustible convierten la energía química directamente a electricidad con mayor eficiencia que ningún otro sistema de energía.

Funcionamiento silencioso: En funcionamiento normal, la celda de combustible es casi absolutamente silenciosa. 
Larga vida y poco mantenimiento: Aunque las celdas de combustible todavía no han comprobado la extensión de su vida útil, probablemente tendrán una vida significativamente más larga que las máquinas que reemplacen.

Modularidad: Se puede elaborar las celdas de combustible en cualquier tamaño, tan pequeñas como para impulsar una carretilla de golf o tan grandes como para generar energía para una comunidad entera..

LAS DESVENTAJAS DE UTILIZAR EL HIDRÓGENO COMO ENERGÍA SON:

Como no es un combustible primario entonces se incurre en un gasto para su obtención.

Requiere de sistemas de almacenamiento costoso y aun poco desarrollado.

Elevado gasto de energía en la licuefacción  del hidrógeno.

-Elevado precio del hidrógeno puro. 

¿QUE SE ESTA HACIENDO EN REPÚBLICA DOMINICANA EN ESTE SENTIDO?.

 Mucho antes del inicio del proyecto Hércules, el Programa de Hidrógeno y Tecnología de Celda de Combustible, del Instituto de Energía de la Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD), en República Dominicana, propuso el sistema de energía de hidrógeno obtenida a través de la energía solar, en su forma directa (fotovoltaica) o de manera indirecta (hidroelectricidad, viento Ö) como una alternativa idónea para el suministro permanente de energía sostenible.

“En este sistema, las fuentes de energía primaria y secundaria son renovables y ambientalmente compatibles, dando por resultado un sistema de energía limpio y permanente”, se plantea en un documento elaborado por el profesor Luis Mejía, quien preside el Instituto.

         Por otro lado, la empresa Globasol, del grupo español Globalia, presenta el proyecto de construcción de una planta generadora de 60.000 toneladas anuales de biodiesel en la República Dominicana, que va a utilizar como materia prima el aceite producido por el arbusto jatropha.
         La “jatropha” es una planta silvestre conocida como piñón de Leche, resistente a la sequía y que produce semillas con alto contenido de aceite.



ENERGIA GEOTERMICA

La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que caben destacar el gradiente geotérmico, el calor radio génico, etc. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra", y thermos, "calor"; literalmente "calor de la Tierra".

El aprovechamiento del calor proveniente del interior de la Tierra, puede ser una solución a la crisis energética. Es una fuente inagotables y de suministro constante. Los países con actividad volcánica son los más privilegiados: Irlanda, Japón, Nueva Zelandia, y sobre todo Chile, donde se ubica el 10% de los volcanes del mundo. Ello indica que la fuente de calor está cerca de la superficie y es más fácilmente aprovechable
La energía geotérmica se produce desde el calor geotérmico en el interior de la tierra que se formó desde la consolidación de polvo y el gas. En el núcleo de la tierra, ubicado a 4,000 millas de profundidad, las temperaturas pueden alcanzar 9,000°F.

El calor del núcleo calienta al manto que lo rodea. Si la temperatura del manto llega a ser lo suficientemente alto, derretirá el manto, y vuelve en magma. Porque magma es menos denso que la roca que lo rodea, y esta tiende lentamente a moverse hacia la superficie de la tierra.

La mayoría del magma, restos, pero a veces toda va a la superficie, donde es conocido como lava. Sin embargo, el magma que permanece calentará el agua y roca. La lava, calienta el agua geotérmica, y esta viajará a la superficie de la tierra, formando géiseres o resortes calientes. Sin embargo, la mayoría de estas estará más adelante en la superficie, atrapado en rupturas y roca porosa. Este recaudo natural de las rocas y agua caliente se llaman los depósitos geotérmicos. Estos depósitos pueden usarse para producir energía geotérmica.


TIPOS DE RECURSOS GEOTERMICOS

Los recursos alto grado se usan comúnmente para la generación de electricidad, los recursos de grado bajo se usan en aplicaciones de calentadores directos.
Los recursos hidrotérmicos requieren tres que componentes básicos una fuente de calor (magma), una capa conductora del agua freática que contiene agua, y un casquete impermeable para sellar la capa conductora del agua freática.

La energía geotérmica se explota comúnmente perforando en la capa conductora del agua freática, y extrayendo el vapor o la agua caliente



TIPOS DE FUENTES GEOTÉRMICAS

Se obtiene energía geotérmica por extracción del calor interno de la Tierra. En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas basales o dentro de rocas sedimentarias. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor (flashing).
El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente rentable. Un ejemplo, en Inglaterra, fue el "Proyecto de Piedras Calientes HDR" (sigla en inglés: HDR, Hot Dry Rocks), abandonado después de comprobar su inviabilidad económica en 1989.

 Los programas HDR se están desarrollando en Australia, Francia, Suiza, Alemania. Los recursos de magma (rocas fundidas) ofrecen energía geotérmica de altísima temperatura, pero con la tecnología existente no se pueden aprovechar económicamente esas fuentes.

En la mayoría de los casos la explotación debe hacerse con dos pozos (o un número par de pozos), de modo que por uno se obtiene el agua caliente y por otro se vuelve a re inyectar en el acuífero, tras haber enfriado el caudal obtenido

LAS VENTAJAS DE ESTE SISTEMA:

Hay menos probabilidades de agotar el yacimiento térmico, puesto que el agua re inyectada contiene todavía una importante cantidad de energía térmica.
Tampoco se agota el agua del yacimiento, puesto que la cantidad total se mantiene.
Las posibles sales o emisiones de gases disueltos en el agua no se manifiestan al circular en circuito cerrado por las conducciones, lo que evita contaminaciones



TIPOS DE YACIMIENTOS GEOTÉRMICOS SEGÚN LA TEMPERATURA DEL AGUA

Energía geotérmica de alta temperatura, existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura está comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera electricidad. Se requieren varios condiciones para que se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico: una capa superior compuesta por una cobertura de rocas impermeables; un acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad; suelo fracturado que permite una circulación de fluidos por convección, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 °C. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo. Energía geotérmica de temperaturas medias, es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido volátil. Estas fuentes permiten explotar pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos reparto de calor para su uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción)
Energía geotérmica de baja temperatura. 

La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 °CEnergía geotérmica de muy baja temperatura, se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 °C. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas.

Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima está entre 120 y 180 °C, pero las fuentes de temperatura más baja son muy apropiadas para los sistemas de calefacción urbana.


PLANTA GEOTÉRMICA DE NESJAVELLIR EN ISLANDIA.
VENTAJAS

Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior.

Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo, carbón...

Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético
Ausencia de ruidos exteriores

Los recursos geotérmicos son mayores que los recursos de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinados

No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales.
El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, tala de bosques, ni construcción de tanques de almacenamiento de combustibles
  


INCONVENIENTES

En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.
También la emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero; es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión.
Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc.
Contaminación térmica.
Deterioro del paisaje.
No se puede transportar (como energía primaria).
No está disponible más que en determinados lugares.
Usos
Generación de electricidad
Aprovechamiento directo del calor
Calefacción y ACS
Refrigeración por absorción


LAS  AREAS GEOLÓGICAS Y PAÍSES PRODUCTORES

Las áreas geológicas de gran actividad tectónica son las zonas de subducción (donde la placa oceánica de la tierra y la de la corteza colisionan y se monta una sobre la otra). Estas regiones son las áreas que bordean el Océano Pacífico: la cordillera de Los Andes (América del Sur), los volcanes de América Central y México, la Cordillera Cascade de USA y Canadá, la cordillera Aleutian de Alaska, la Península de Kamchatka en Rusia, Japón, las Filipinas, Indonesia y Nueva Zelanda.
Otra zona energética activa es donde las placas tectónicas se están fragmentando (Islandia, los valles de África, la zona del Atlántico medio y las Provincia de Cordilleras y bases de USA); y los lugares llamados "puntos calientes", que son puntos fijos en la Tierra que producen magma continuamente y forman manantiales y volcanes, como la cadena de las Islas Hawaii.

Los países que actualmente están produciendo más electricidad de las reservas geotérmicas son Estados Unidos, Canadá, Nueva Zelanda, Italia, México, las Filipinas, Indonesia y Japón, pero la energía geotérmica debiera producirse y utilizarse también en los países que presentan alta actividad tectónica.
Países que utilizan la energía Geotérmica
Islandia, EEUU, Italia, Francia, Nueva Zelandia, México, Nicaragua, Costa Rica, Rusia, Filipinas, Indonesia, Japón, Canadá (Planta experimental) y Kenya

ESTUDIO FINANCIERO

La economía de la extracción geotérmica de energía es altamente variables y amplias.

A primera vista pareciera que la energía geotérmica reúne todos los requisitos necesarios: es inagotable y entrega un suministro continuado de una energía absolutamente limpia. Su aprovechamiento es una realidad, ya que se han logrado desarrollar tecnologías que hacen posible su utilización a un costo razonable.
 El proceso consiste en fracturar rocas calientes del subsuelo, e inyectar agua para que circule entre ellas. Posteriormente ésta se bombea a la superficie, donde pasa por un intercambiador de calor con lo que se mueve una turbina que genera electricidad.

Alternativas

Cuando los pozos de petróleo comiencen a secarse y la economía global se afecte por los cambios climáticos, no habrá alternativa. Todavía nos queda tiempo para evitar dificultades ecológicas y económicas si promovemos la energía limpia. Si tomamos las decisiones correctas hoy, nuestros hijos podrán respirar aire más limpio y beber agua más pura de lo que podemos hoy... y al final del día, ellos regresarán a sus casas iluminadas por energía limpia producida por medio de las diferentes alternativas, entre ellas, el  hidrógeno y la geotérmica. La decisión está en nuestras manos. 

La economía de la energía limpia proporcionaría varios beneficios, incluyendo aire limpio e independencia energética en todo el mundo. Sin embargo, faltan varias décadas para que un sistema energético basado en  energía limpia pueda ser implementado en nuestras ciudades

Aún resta mucho camino tecnológico por recorrer, pero es seguro que, conforme las reservas mundiales de hidrocarburos se sigan agotando y nuestra conciencia ambiental siga creciendo, una alternativa energética deberá surgir. Esta es una, la decisión está en nuestras manos.


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