Las fuentes renovables de energía y su influencia en el desarrollo sustentableCurso: Sociedad y medio ambiente

Mtro. Francisco Partida Hoy

ITESO, 2012

• El Sol es la mayor fuente energía y de toda forma de vida sobre la Tierra y se calcula que vivirá todavía miles de millones de años.

• Las fuentes renovables de energía se definen como aquellas en que la tasa de consumo es menor a la tasa de producción y son:– Solar– Eólica– Biomasa– Geotermia– Oceánica– hidráulica

• Energía solar: La radiación solar es la fuente de energía limpia más importante de nuestro planeta. Así, la potencia solar térmica constituye el mejor candidato para el uso de energías renovables. Un tercio de la energía total que se usa en el mundo es en procesos de calentamiento, por ejemplo, para el confort en las viviendas, por lo tanto puede ser un sustituto evidente del petróleo y el gas que se usa para estos fines.

• Los usos más comunes de la energía solar son: el calentamiento del agua, el acondicionamiento en casas y edificios, el secado de productos agrícolas y marinos, la desalación y potabilización de agua, la producción de vegetales y frutas en invernaderos, la irrigación y el bombeo de agua, la refrigeración de vacunas y medicinas y la conversión directa en electricidad.

La radiación solar en México es muy grande y eso la hace un país ideal para su

aprovechamiento.

Sistemas fotovoltaicosLa relación entre la luz y la producción

de corriente eléctrica (el llamado efecto fotovoltaico) fue encontrada por Henri Becquerel en 1823, pero hasta el descubrimiento del transistor, en 1948, no fue posible construir una celda solar moderna de uniones de semiconductores.

La tecnología de los módulos fotovoltaicos se desarrolló en los años cincuenta, cuando investigadores de los laboratorios Bell patentaron la celda de silicio cristalino, en 1955. A partir de los años ochenta se producen en gran escala.

Energía eólicaLa energía eólica es la producida por el viento. El viento es aire en movimiento resultado de

diferencias de temperatura en la superficie terrestre, por el calentamiento desigual del Sol. El aire se mueve de zonas de mayor a menor presión, entre mayor sea la diferencia, mayor será la velocidad del viento. Aproximadamente 2% de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica.

• La energía eólica puede convertirse directamente en energía mecánica, como en un molino de viento para moler grano, o en una turbina puede ser convertida en energía eléctrica.

• Desde finales del s. XX, cuando su precio decreció, los aerogeneradores se han vuelto una tecnología competitiva y en continuo desarrollo.

• BiomasaEl término biomasa cubre muchos productos de

desecho derivados de la agricultura y de la basura, tanto municipal como industrial. La energía de la biomasa puede obtenerse de materia vegetal y animal mediante diferentes procesos de conversión, como la combustión directa, la gasificación, la fermentación, la pirólisis y la digestión para producir calor o combustibles sólidos o gaseosos. De hecho, los biocombustibles sí podrían reemplazar al petróleo en el transporte.

Geotermia• El calor fluye continuamente del

centro de la Tierra, donde la temperatura es de unos 6000° C, hacia su superficie. La fuente predominante del calor es el decaimiento de isótopos radioactivos. El flujo de calor ocurre mediante conducción y corrientes de convección, pero no se distribuye uniformemente en la corteza, sino que se concentra en los bordes de las placas tectónicas, donde los volcanes llevan rocas fundidas hacia la superficie. La mayoría no llega a salir y calienta el agua cercana, lo que produce vapor a una profundidad de unos 500 metros.

• Se denominan isótopos (del griego: ἴσος, isos = mismo; τόπος, tópos = lugar) a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en masa. La mayoría de los elementos químicos poseen más de un isótopo. Solamente 21 elementos (ejemplos: berilio, sodio) poseen un solo isótopo natural; en contraste, el estaño es el elemento con más isótopos estables. Otros elementos tienen isótopos naturales, pero inestables, como el Uranio, cuyos isótopos están constantemente en decaimiento, lo que los hace radiactivos.

• OceánicaLos océanos tienen una gran cantidad de

energía que puede ser explotada. Las tecnologías más avanzadas son el uso de mareas, el gradiente térmico, las corrientes marinas y las olas. A todas estas juntas se le llama energía oceánica.

Las mareas son producto de la atracción gravitacional del sol y la luna. El gradiente térmico viene directamente de la energía solar, al calentar la superficie del agua. Las corrientes se deben a variaciones en la temperatura y la salinidad. El viento sobre el mar genera olas, que son otra forma de energía.

En cálculo vectorial, el gradiente de un campo escalar f es un campo vectorial. El vector gradiente de f evaluado en un punto genérico x del dominio de f, (x), indica la dirección en la cual el campo f varía más rápidamente y su módulo representa el ritmo de variación de f en la dirección de dicho vector gradiente

• Energía hidráulicaLa energía hidráulica está bien

establecida y considera una tecnología madura. Ya representa una parte considerable de la producción eléctrica del mundo. No solo son importantes las grandes hidroeléctricas, sino también, las de escala mediana, pequeña y micro.

En México, se explota aproximadamente 14% del potencial hidroeléctrico. Lo que falta es el aprovechamiento de lo que podríamos llamar microhidráulica: pequeñas caídas de agua para producir energía mecánica, como molinos o pequeñas turbinas.

• Hidrógeno una de las posibles vías para resolver la

crisis energética es producir hidrógeno, como uno de los nuevos combustibles del futuro. Al utilizar las fuentes renovables para producirlo, por ejemplo a partir del agua, se está almacenando su energía.

La ventaja de usar como combustible el hidrógeno en las celdas de combustible consiste en que el producto de desecho es agua destilada.

En todo el mundo se está llevando a cabo una intensa actividad de investigación industrial sobre numerosas variantes de celdas de combustible, tanto para motores eléctricos de vehículos como para nuevas generaciones de centrales de producción de energía sustentable.

Un electrodo es una placa de membrana rugosa de metal, un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron, que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad; y hodos, que significa camino.

Un electrodo en una celda electroquímica. Se refiere a cualquiera de los dos conceptos, sea ánodo o cátodo, que también fueron acuñados por Faraday. El ánodo es definido como el electrodo en el cual los electrones salen de la celda y ocurre la oxidación, y el cátodo es definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducción. Cada electrodo puede convertirse en ánodo o cátodo dependiendo del voltaje que se aplique a la celda. Un electrodo bipolar es un electrodo que funciona como ánodo en una celda y como cátodo en otra.

Celda primaria Una celda primaria es un tipo especial de celda electroquímica en

la cual la reacción no puede ser revertida, y las identidades del ánodo y cátodo son, por lo tanto, fijas. El cátodo siempre es el electrodo positivo. La celda puede ser descargada pero no recargada.

Celda secundaria Una celda secundaria, una batería recargable por ejemplo, es una

celda en que la reacción es reversible. Cuando la celda está siendo cargada, el ánodo se convierte en el electrodo positivo (+) y el cátodo en el negativo (-). Esto también se aplica para la celda electrolítica. Cuando la celda está siendo descargada, se comporta como una celda primaria o voltaica, con el ánodo como electrodo negativo y el cátodo como positivo