Energia i recursos: fonts, sistemes i impactes
Energia
L'energia és la capacitat de produir treball. El 99% de l'energia utilitzada prové de manera directa o indirecta del Sol. Estudiarem les energies convencionals, com derivades de l'ús dels combustibles fòssils, la nuclear i la hidroelèctrica.
Qualitat de l'energia
S'avalua en funció de la seva capacitat per produir treball útil per unitat de massa o volum. L'energia de més qualitat serà la més concentrada, i la de baixa qualitat es trobarà dispersa.
Rendibilitat econòmica
És un factor molt important per a la utilització d'una font energètica i es valora per la seva accessibilitat, la facilitat d'explotació i de transport, etc.
TC: energia subministrada per la combustió d'una tona de carbó.
TP: energia subministrada per la combustió d'una tona de petroli.
Sistemes energètics
Són el conjunt de processos realitzats sobre l'energia des de les seves fonts originàries fins als seus usos finals. Consta de:
procés de captura o extracció de l'energia primària
procés de transformació en energia secundària
transport
consum
Convertidor: component del sistema energètic que permet la transformació d'una forma d'energia en una altra per facilitar el seu transport o ús.
Rendiment energètic: relació entre l'energia subministrada al sistema i la que obtenim d'ella. Serà menor del 100% provocat per l'existència de pèrdues energètiques, algunes de les quals són inevitables.
Cost energètic: preu que paguem per fer servir l'energia secundària.
Costos ocults: associats amb els equips i instal·lacions implicats en tot el procés energètic, també impactes ambientals que provoquen els diferents fases del sistema energètic i les seves conseqüències (ex: marees negres).
Energies convencionals
Combustibles fòssils
Recurs: estimació teòrica de la quantitat total que hi ha a l'escorça terrestre d'un combustible fòssil o mineral.
Reserva: quantitat descoberta d'un combustible fòssil l'explotació del qual resulta econòmicament rendible.
Actualment, gairebé el 80% de l'energia comercial utilitzada procedeix dels combustibles fòssils, causants de l'efecte hivernacle per les emissions de CO2. La solució és anar substituint-los a poc a poc per altres energies alternatives.
El carbó
Formació del carbó
Es va formar per l'acumulació de restes vegetals en el fons de pantans, aiguamolls o deltes, que en absència d'oxigen van patir un procés de fermentació, a causa de l'acció d'alguns bacteris sobre la cel·lulosa, i el resultat va ser la formació de carbó, metà i CO2. Perquè aquest procés sigui possible cal un ràpid soterrament (d'origen tectònic) que evitarà la putrefacció de les restes vegetals.
Definició i tipus
És un combustible d'un alt poder calorífic i un dels més abundants, però també és el més brut i quan es crema expulsa una gran quantitat de SO2, per això és el principal causant de la pluja àcida. A més, emet el doble de CO2 que el petroli.
Tipus: antracita, hulla, lignit i torba.
Obtenció i usos
Es poden realitzar explotacions a cel obert o mines. Les primeres són més econòmiques, però el seu impacte ambiental i paisatgístic és més gran. El col·lapse de les galeries i les explosions provoquen moltes malalties.
El principal ús del carbó és la seva combustió en les centrals tèrmiques. La calor resultant s'utilitza per obtenir vapor d'aigua, que farà girar unes turbines que mouran uns alternadors que transformaran l'energia mecànica en elèctrica.
El petroli
Formació i transport
S'originà per la mort massiva del plàncton marí, a causa de canvis bruscos de temperatura o salinitat de l'aigua, que en sedimentar al costat de tancs i argiles formava fangs sapropèlics on patien una transformació: la matèria orgànica es converteix en hidrocarburs per un procés de fermentació, mentre que els tancs i argiles es van convertir en roques sedimentàries que constitueixen la roca mare, que queda impregnada pels hidrocarburs.
A causa de la seva baixa densitat, tendeix a aflorar cap a la superfície. El seu transport es realitza a través d'oleoductes, però la forma més habitual és mitjançant grans petroliers que tenen un elevat risc d'accidents. Els riscos provocats pel seu ús són els derivats de la combustió, que incrementen la pol·lució i desprenen grans quantitats de CO2 a l'atmosfera.
Definició
És un líquid de color fosc més lleuger que l'aigua. Per això, en cas d'escapament es pot estendre per les superfícies marines, impedint l'entrada d'oxigen i eliminant tota vida existent (marees negres).
Obtenció i usos
S'extreu en forma de cru. Abans de passar per una sèrie de processos de refinatge per ser utilitzat, conguts com a destil·lació fraccionada, on s'va elevant progressivament la temperatura per separar les diferents fraccions de menor a major punt d'ebullició: primer se separen els productes gasosos, després els líquids i finalment els sòlids.
Principals usos: gasos liquats (domèstica i industrial), gasolina (automòbils), nafta i querosè (indústria i combustible d'avions), gasoils (per vehicles dièsel i calefaccions) i fuel (centrals tèrmiques).
El gas natural
Formació
Procedeix de la fermentació de la matèria orgànica acumulada entre els sediments. Està compost per una barreja d'hidrogen, metà, butà, propà i altres gasos en proporcions variables.
Obtenció i transport
La seva extracció és molt senzilla, el gas flueix per si mateix, per la qual cosa la seva explotació resulta econòmica.
El seu transport es realitza principalment mitjançant gasoductes. Un altre mètode consisteix a liquar-lo a baixes temperatures i traslladar-lo en vaixells. Són mitjans perillosos perquè hi ha la possibilitat d'un accident que tindria tràgiques conseqüències a causa de l'explosió d'un núvol de gas.
Usos
S'utilitza directament a les llars i en la indústria. En les centrals tèrmiques comença a substituir el carbó. Produeix un 65% menys de CO2 que els altres combustibles fòssils i no emet NOx ni SO2. A més, és més eficient que el carbó o el petroli.
Energia nuclear: fissió
Els enormes costos de construcció i manteniment de les centrals, els accidents i residus radioactius l'han convertit en una font d'energia problemàtica i controvertida.
Funcionament d'un reactor nuclear
En dividir-se un nucli d'urani-235, per l'impacte d'un neutró, en 2 nuclis més lleugers, s'alliberen energia i neutrons més ràpids. És un bucle de realimentació positiva conegut com a reacció en cadena, que si es produeix de manera molt ràpida dóna lloc a una explosió atòmica, a causa de la gran quantitat d'energia alliberada en molt poc temps. Per controlar la velocitat de reacció, s'introdueix entre les barres de combustible nuclear un moderador que absorbeix els neutrons. Aquest material moderador serà aigua, grafit sòlid en un 20% o aigua pesant.
El circuit primari, en contacte amb el material radioactiu, està confinat dins del vas i l'aigua d'aquest circuit mai l'abandona, i es recicla constantment.
El circuit de refrigeració secundari refreda el primari, originant vapor, el qual impulsarà unes turbines que atacaran una dinamo i produiran electricitat.
I a un tercer circuit, destinat a liquar el vapor produït en l'anterior.
El combustible nuclear s'extreu a partir de grans quantitats de mineral d'urani que es processa per separar l'urani-235. Després s'enriqueix afegint-li plutoni-239 per millorar la reacció de fissió, i així fabricar les barres de combustible que seran utilitzades en els reactors.
3 o 4 anys després, la concentració d'urani és massa baixa per mantenir la reacció de fissió, per això les barres es retiren i s'emmagatzemen en una piscina dins del mateix reactor. Quan hi ha prou barres gastades, aquestes es transportaran a les centrals de reciclatge, on s'extreu el plutoni i altres isòtops de curta vida mitjana. Els residus restants romandran actius almenys 10.000 anys.
Energia hidroelèctrica
L'energia potencial que impulsa l'aigua en el seu camí des de les muntanyes fins al mar pot ser capturada i transformada en energia. En obrir les comportes s'allibera aquesta energia, impulsant unes turbines que estan connectades a una dinamo, que transformarà l'energia mecànica en elèctrica.
És de baix cost i de mínim manteniment. No emet contaminació.
Per altra banda, redueix la diversitat biològica; la dificultat de l'emigració dels peixos, de la navegació fluvial i del transport d'elements nutritius aigua avall; la disminució del cabal dels rius; la modificació del nivell freàtic; el canvi en la composició química de l'aigua embassada, les variacions en el microclima i l'eutrofització de les seves aigües.
A causa de la conscienciació sobre l'impacte produït pels grans pressos, s'estan reduint molt els projectes de noves construccions.
Comencen a instal·lar-se petites centrals hidroelèctriques que permeten atendre més adequadament la demanda, a més de causar un impacte ambiental i un cost econòmic menors, i tenir menys pèrdues en el seu transport.
Energies procedents del Sol
Sistemes arquitectònics passius: amb aquests, les cases s'escalfen o es refreden passivament, fent servir la llum del Sol i els principis de disseny arquitectònic. Són més eficients i de menor cost. Ex: edificis amb parts ben aïllades (arquitectura bioclimàtica).
Centrals solars tèrmiques: s'utilitza calor procedent del Sol per produir electricitat gràcies a un col·lector. S'utilitza per escalfar fins 400ºC l'oli que circula per un circuit tancat. Es realitza mitjançant un disc parabòlic, mitjançant una mirall de cilindre parabòlic i a través de miralls que es mouen seguint el Sol.
Captació fotovoltaica: es converteix energia directament de la llum del Sol en electricitat. No contamina ni fa soroll i el manteniment és mínim, ja que no requereix aigua i usa parts movibles. Per altra banda, produeix un impacte visual, utilitza molt d'espai i la producció varia.
Biomassa energètica: el seu ús més tradicional és la crema directa de llenya, fet que suposa el 80% de l'energia consumida a les llars dels països en vies de desenvolupament. També s'empra per obtenir energia elèctrica en centrals tèrmiques de biomassa.
Biogàs: combustible gasós format per una barreja de metà i altres gasos en proporcions petites. S'obté per la fermentació anaeròbica de residus orgànics biodegradables que es porta terme a l'interior d'un digestor.
Biocombustibles: carburants líquids que procedeixen de la transformació de la biomassa mitjançant processos químics.
· Bioetanol: s'obté per fermentació alcohòlica i posterior destil·lació i deshidratació. Després de deshidratar-se resulta un combustible similar a la gasolina.
· Biodièsel: s'obté a partir d'olis vegetals i amb olis de fregir usats o greixos animals.
Energies independents de l'energia solar
Energia maremotriu: les interaccions del sistema Terra-Lluna-Sol produeixen unes variacions en el nivell del mar (marees). Es pot aprofitar l'energia cinètica que resulta de l'entrada d'aigua cap a la badia i de la sortida per moure una turbina que fa girar el generador, convertint l'energia cinètica en elèctrica.
Energia geotèrmica: prové de la calor de l'interior de la Terra. A les zones volcàniques s'utilitza per obtenir vapor d'aigua i aigua calenta. En les centrals geotèrmiques es pot introduir aigua freda a través de canonades a certa profunditat i recollir el vapor d'aigua que surt a pressió. Aquest vapor és capaç de moure una turbina que fa girar un generador que transforma l'energia cinètica en elèctrica (Islàndia). El problema és que no és renovable perquè la de les pous no dura més de 15 anys i tarda milions d'anys a regenerar-se.
Recursos minerals
Han estat explotats al llarg de la història. Alguns han tingut un valor estratègic com el coure i l'estany, utilitzats per fer bronze. La península és de gran tradició minera.
Recursos minerals metal·lífers
S'utilitzen en l'obtenció de metalls i d'energia (urani). S'extreuen dels jaciments (llocs on els elements es troben concentrats). Els minerals que els formen han de contenir una proporció elevada d'un determinat metall (mena). Les explotacions d'un jaciment s'anomenen mines.
Quan s'han extret de la mina, els metalls no se solen trobar en estat pur. Per això, el mineral que els conté ha de sotmetre's a un procés tecnològic a través del qual s'obté el metall i es rebutja la resta, les escòries.
Els metal·lífers es divideixen en abundants (alumini, ferro, manganès, titani i crom) i escassos (coure, plom, estany, or, plata).
Alumini: és el metall més abundant de la Terra. S'extreu de la bauxita, en jaciments superficials abundants (sobretot als tròpics).
Ferro: és el segon més abundant. S'extreu de la magnetita i la pirita.
Coure: bronze (aliatge de coure i estany). S'extreu de la calcopirita i la cuprita.
Plom: s'extreu de la galena.
Zinc: antigament s'usava per fabricar llauna i ara en el galvanitzat, capa externa que s'afegeix al ferro o a l'acer.
Mercuri: s'extreu del cinabri. Espanya no és el primer productor mundial.
Urani: s'usa en centrals nuclears per obtenir electricitat. S'extreu de la uraninita.
Actualment, els metalls com el plom, l'estany i el coure estan sent substituïts per nous materials (plàstics: PVC). També s'utilitzen nous matèries primeres naturals com el silici (per fer fibres òptiques) i certs metalls com l'acer i l'alumini. Acer inoxidable (aliatge d'acer, crom i níquel).
Alumini: és un metall molt abundant i utilitzat.
Principals impactes mediambientals de l'obtenció de l'alumini:
Desforestació i pèrdua de la biodiversitat per la destrucció o fragmentació dels hàbitats naturals als països amb mineria de bauxita (Austràlia, Brasil, Indonèsia, Índia, Sierra Leone).
Augment de les diferències socials nord-sud, ja que el processament del metall s'sol produir als països rics. Els països del sud aporten la matèria primera i els del nord obtenen i comercialitzen el producte final.
L'obtenció de l'alumini per electròlisi és el procés tecnològic que més energia consumeix.
Una altra alternativa seria augmentar el reciclatge d'aquest per estalviar energia, en requerir un 95% menys de la consumida per la seva producció a partir de la bauxita.
La mineria
Es produeix sobretot a cel obert i causa greus impactes al medi ambient, perquè es remouen grans volums de terres i quan s'abandonen els terrenys queden en una situació de degradació total. La legislació espanyola obliga a una avaluació de l'impacte ambiental prèvia a la construcció de la mina i a un pla de restauració del paisatge.
Principals impactes de la mineria:
Impactes sobre l'atmosfera: contaminació per partícules (pols i gasos).
Impacte sobre les aigües: contaminació d'aigües d'escorrentia i aqüífers.
Impacte sobre el sòl: ocupació irreversible.
Impactes sobre la flora i la fauna
Impactes sobre el paisatge: mines a cel obert.
Impactes sobre l'ambient sociocultural
Recursos minerals no metal·lífers
Minerals utilitzats com a fertilitzants: els essencials són nitrogen, fòsfor i potassi.
Roques utilitzades en la construcció: en general s'anomenen àrids.
- Blocs de pedra: es basa en l'ús de pedres extretes de les pedreres.
- Pedra picada: roca triturada.
- Sorra i grava: s'extreuen de les graveres.
- Ciment: barreja de calcària i argila que se sotmet a una temperatura de cocció de més de 1400ºC perquè perdi l'aigua i després es tritura (fàbriques de ciment o cimenteres).
- Formigó: massa elaborada amb una barreja de ciment amb sorra o grava. S'afegeixen barres de ferro, amb les quals s'obté el formigó armat.
- Guix, argiles, vidre