Energía
Desde el inicio de la existencia de nuestro planeta su superficie es bañada por la energía que emite el Sol, la estrella alrededor de la cual orbita la Tierra. Sin esta energía simplemente no existiría el fenómeno complejo al que llamamos Vida.
Desde que la Revolución Industrial transformó el modelo social, tecnológico y económico del mundo, a partir del siglo XVIII, la humanidad ingresó en la era de los combustibles fósiles y se desencadenó un consumo cada vez más elevado del petróleo, del gas natural y del carbón.
La utilización a gran escala de estas fuentes energéticas –que son no renovables y por tanto agotables– ha contribuido en mucho al actual deterioro de la biosfera y a la insustentabilidad de nuestro modelo de desarrollo. Si no cambiamos nuestras costumbres y la manera en que utilizamos los recursos naturales para extraer energía, no podremos sostener el sistema natural de regulación del medio ambiente global.
Desde que la Revolución Industrial transformó el modelo social, tecnológico y económico del mundo, a partir del siglo XVIII, la humanidad ingresó en la era de los combustibles fósiles y se desencadenó un consumo cada vez más elevado del petróleo, del gas natural y del carbón.
La utilización a gran escala de estas fuentes energéticas –que son no renovables y por tanto agotables– ha contribuido en mucho al actual deterioro de la biosfera y a la insustentabilidad de nuestro modelo de desarrollo. Si no cambiamos nuestras costumbres y la manera en que utilizamos los recursos naturales para extraer energía, no podremos sostener el sistema natural de regulación del medio ambiente global.
La energía y la Tierra
La energía puede ser de diferentes tipos. Existe energía potencial, mecánica, radiante, calorífica, química, electromagnética y la energía nuclear. Los diferentes tipos de energías son convertibles unas en otras, pero cuando se transforman se pierde algo en forma de calor.
La fuente de energía más importante en la Tierra es el Sol, que arroja constantemente sobre el planeta cantidades inmensas de energía. En el Sol, debido a su propio peso, hay enormes presiones que producen reacciones de fusión nuclear que liberan energía. La cantidad de hidrógeno que contiene el Sol garantiza esta reacción por los próximos 5 millones de años.
La energía producida se disipa en todas direcciones en el espacio en forma de radiaciones electromagnéticas (gamma, UV, luz visible, infrarroja). La Tierra recibe 178,000 x 1,015 watios (178,000 terawatios) de energía (en luz y calor). Un 30% es reflejada al espacio por la alta atmósfera, 50% es absorbida por los mares y tierras, lo que aumenta la temperatura; el 20% restante origina vientos, el ciclo del agua y alimenta la fotosíntesis, que es el fundamento del ciclo vital.
La fuente de energía más importante en la Tierra es el Sol, que arroja constantemente sobre el planeta cantidades inmensas de energía. En el Sol, debido a su propio peso, hay enormes presiones que producen reacciones de fusión nuclear que liberan energía. La cantidad de hidrógeno que contiene el Sol garantiza esta reacción por los próximos 5 millones de años.
La energía producida se disipa en todas direcciones en el espacio en forma de radiaciones electromagnéticas (gamma, UV, luz visible, infrarroja). La Tierra recibe 178,000 x 1,015 watios (178,000 terawatios) de energía (en luz y calor). Un 30% es reflejada al espacio por la alta atmósfera, 50% es absorbida por los mares y tierras, lo que aumenta la temperatura; el 20% restante origina vientos, el ciclo del agua y alimenta la fotosíntesis, que es el fundamento del ciclo vital.
Fotosíntesis
La fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos de los que se valen las células para obtener energía. Es un proceso complejo, mediante el cual los seres vivos poseedores de clorofila y otros pigmentos, captan energía luminosa procedente del sol y la transforman en energía química y en compuestos reductores, y con ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos orgánicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno.
La energía captada en la fotosíntesis y el poder reductor adquirido en el proceso, hacen posible la reducción y la asimilación de los bioelementos necesarios, como nitrógeno y azufre, además de carbono, para formar materia viva.
Los seres fotosintéticos captan la luz mediante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia las clorofilas y carotenos. Al absorber los pigmentos la luz, electrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos superiores, cuando vuelven a su nivel inicial liberan la energía que sirve para activar una reacción química: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así la clorofila puede transformar la energía luminosa en energía química.
La energía captada en la fotosíntesis y el poder reductor adquirido en el proceso, hacen posible la reducción y la asimilación de los bioelementos necesarios, como nitrógeno y azufre, además de carbono, para formar materia viva.
Los seres fotosintéticos captan la luz mediante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia las clorofilas y carotenos. Al absorber los pigmentos la luz, electrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos superiores, cuando vuelven a su nivel inicial liberan la energía que sirve para activar una reacción química: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así la clorofila puede transformar la energía luminosa en energía química.
Uso y consumo de energía
Igual que los demás seres vivos los humanos consumimos energía para procesos internos, que es la que requiere para los procesos corporales, pero también usamos energía para procesos externos, en el funcionamiento de instrumentos tecnológicos y en el mantenimiento de patrones culturales.
Antes de que el hombre aprendiera a usar el fuego, tal vez la única necesidad energética que tuvo fue la de sus procesos internos como cualquier otro animal, pero después de este acontecimiento su necesidad de satisfacer la energía para procesos externos fue cada vez mayor y desarrolló tecnologías para aprovechar otras fuentes de energía.
Las sociedades modernas funcionan gracias a fuentes de energía que satisfacen las necesidades de transporte, maquinaria e iluminación. Las fuentes de energía convencionales que son los combustibles fósiles, la hidroeléctrica y la energía nuclear causan problemas graves de contaminación, lo que ha provocado la búsqueda de fuentes alternativas.
Antes de que el hombre aprendiera a usar el fuego, tal vez la única necesidad energética que tuvo fue la de sus procesos internos como cualquier otro animal, pero después de este acontecimiento su necesidad de satisfacer la energía para procesos externos fue cada vez mayor y desarrolló tecnologías para aprovechar otras fuentes de energía.
Las sociedades modernas funcionan gracias a fuentes de energía que satisfacen las necesidades de transporte, maquinaria e iluminación. Las fuentes de energía convencionales que son los combustibles fósiles, la hidroeléctrica y la energía nuclear causan problemas graves de contaminación, lo que ha provocado la búsqueda de fuentes alternativas.
Combustibles fósiles
La energía que se obtiene por la combustión de los combustibles fósiles es originada en la energía solar, que es recogida y almacenada por millones de años. Los combustibles fósiles representan 75% de la energía utilizada por el hombre.
Los principales combustibles fósiles son el carbón y el gas natural, que se utilizan tal y como se obtienen, y el petróleo que debe ser procesado. Hoy en día existen grandes yacimientos de estos combustibles y son fácilmente explotados, pero se estima que con el ritmo de consumo actual las reservas de estos combustibles pueden agotarse en el presente siglo XXI.
Estos combustibles también causan problemas de contaminación y toxicidad. La combustión completa de compuestos orgánicos produce bióxido de carbono y vapor de agua, que son gases relativamente inocuos en concentraciones moderadas, pero que en grandes cantidades alteran los ciclos atmosféricos.
Sin embargo, por razones tecnológicas, la combustión casi siempre es incompleta y produce partículas sólidas, otros gases como hidrocarburos y monóxido de carbono, y compuestos con nitrógeno y azufre que a temperaturas elevadas producen óxidos que son corrosivos y responsables de la lluvia ácida.
Los principales combustibles fósiles son el carbón y el gas natural, que se utilizan tal y como se obtienen, y el petróleo que debe ser procesado. Hoy en día existen grandes yacimientos de estos combustibles y son fácilmente explotados, pero se estima que con el ritmo de consumo actual las reservas de estos combustibles pueden agotarse en el presente siglo XXI.
Estos combustibles también causan problemas de contaminación y toxicidad. La combustión completa de compuestos orgánicos produce bióxido de carbono y vapor de agua, que son gases relativamente inocuos en concentraciones moderadas, pero que en grandes cantidades alteran los ciclos atmosféricos.
Sin embargo, por razones tecnológicas, la combustión casi siempre es incompleta y produce partículas sólidas, otros gases como hidrocarburos y monóxido de carbono, y compuestos con nitrógeno y azufre que a temperaturas elevadas producen óxidos que son corrosivos y responsables de la lluvia ácida.
Energía hidroeléctrica
Para producir la energía hidroeléctrica se utiliza la energía mecánica de una corriente de agua para lograr el movimiento de una turbina que mueve un generador de electricidad. La mayoría de las veces, para controlar el flujo del agua se construyen presas o embalses.
Esta construcción es poco contaminante pero causa graves daños ecológicos por la inundación de valles que generalmente son áreas fértiles y además porque una presa dificulta el transporte pluvial, las migraciones de distintas especies de animales y retiene sedimentos de los ríos.
Esta construcción es poco contaminante pero causa graves daños ecológicos por la inundación de valles que generalmente son áreas fértiles y además porque una presa dificulta el transporte pluvial, las migraciones de distintas especies de animales y retiene sedimentos de los ríos.
Energía nuclear
La primera vez que se utilizó la energía nuclear fue con objetivos bélicos en la Segunda Guerra Mundial, cuando se fabricaron las primeras bombas atómicas. Después la industria nuclear se orientó a la producción de energía para el uso de las poblaciones. La principal fuente de esta energía es el átomo de uranio. Un kilogramo de uranio puede producir, tanta energía como 3,000 toneladas de carbón. Actualmente la energía nuclear provee 4% de las energías utilizadas a nivel mundial.
Existen dos formas de tecnologías para la extracción de esta energía, una es la fisión nuclear utilizada por los reactores nucleares existentes) y la otra es la fusión nuclear. Los reactores de fisión nuclear rompen o dividen los núcleos atómicos, liberando la energía que los mantienen unidos; mientras que la fusión es la unión de átomos, de lo cual también se obtiene energía.
El uso de la energía nuclear conlleva el riesgo de problemas ecológicos debidos a las radiaciones, los residuos nucleares y los peligros de accidentes. Cualquier material (combustible, agua de refrigeración, recambios, herramientas) que haya estado en contacto con el interior de un reactor nuclear contiene isótopos radiactivos, y estos producen radiaciones ionizantes que pueden producir alteraciones del material genético de las células vivas, sobre todo en las células de crecimiento rápido como son los embriones, células reproductoras, piel, etcétera. Estas modificaciones pueden ser el origen de varias enfermedades como cáncer, leucemias, cataratas, malformaciones de fetos, por citar algunas.
Además, hay una gran cantidad de residuos radiactivos que perduran por muchos años. Uno de ellos, el plutonio, debe aislarse por miles de años. Los países que siguen aumentando su producción son Francia y Japón; Estados Unidos y Alemania no han construido ninguna central desde los años ochenta; Gran Bretaña Suiza, España y Polonia han decretado una moratoria; Suecia, Italia y Austria han cerrado sus plantas.
Existen dos formas de tecnologías para la extracción de esta energía, una es la fisión nuclear utilizada por los reactores nucleares existentes) y la otra es la fusión nuclear. Los reactores de fisión nuclear rompen o dividen los núcleos atómicos, liberando la energía que los mantienen unidos; mientras que la fusión es la unión de átomos, de lo cual también se obtiene energía.
El uso de la energía nuclear conlleva el riesgo de problemas ecológicos debidos a las radiaciones, los residuos nucleares y los peligros de accidentes. Cualquier material (combustible, agua de refrigeración, recambios, herramientas) que haya estado en contacto con el interior de un reactor nuclear contiene isótopos radiactivos, y estos producen radiaciones ionizantes que pueden producir alteraciones del material genético de las células vivas, sobre todo en las células de crecimiento rápido como son los embriones, células reproductoras, piel, etcétera. Estas modificaciones pueden ser el origen de varias enfermedades como cáncer, leucemias, cataratas, malformaciones de fetos, por citar algunas.
Además, hay una gran cantidad de residuos radiactivos que perduran por muchos años. Uno de ellos, el plutonio, debe aislarse por miles de años. Los países que siguen aumentando su producción son Francia y Japón; Estados Unidos y Alemania no han construido ninguna central desde los años ochenta; Gran Bretaña Suiza, España y Polonia han decretado una moratoria; Suecia, Italia y Austria han cerrado sus plantas.
Energías alternativas
Las fuentes alternativas de energía tienen características poco contaminantes y por tal motivo son denominadas energías limpias. Entre ellas están la energía solar, la energía geotérmica, la energía de las mareas y la hidrólisis de agua.
Energía solar El hombre ha creado tecnologías y dispositivos para captar y almacenar la energía solar, como las placas fotovoltaicas, los captadores térmicos y la arquitectura bioclimática; indirectamente también utiliza la energía del sol por medio de la energía eólica, el reciclaje de biomasa y la utilización de la energía del oleaje y las corrientes marinas. Se dice que es indirectamente porque la energía que provoca los vientos, el ciclo del agua o la almacenada en la materia orgánica, también se origina del sol.
Energía geotérmica Consiste en recuperar el calor que se produce en la corteza terrestre debido a fenómenos volcánicos, pues la juntura de las capas freáticas produce géiseres o manantiales termales en los que se puede utilizar la energía calorífica. Cuando la temperatura obtenida sobrepasa el punto de ebullición, se puede obtener vapor para mover turbinas generadoras de electricidad, mientras que en las zonas en que la temperatura obtenida es más baja, el uso es sólo para calefacción. Cuando el calor es de tipo seco hay que introducir agua mediante bombas para producir vapor de agua.
Energía mareomotriz y de corrientes marinas También tienen su origen en la energía proveniente del sol y que es captada par el mar. En el caso de corrientes marinas, la electricidad se puede producir al hacer pasar la corriente por grandes turbinas. El oleaje se puede utilizar mediante grandes flotadores paralelos a la costa y sujetos mediante cables al fondo, que al realizar movimientos de vaivén accionan un generador. También se pueden construir grandes recipientes en la costa que se llenan con la marea alta de modo que al devolverse el agua al mar a través de túneles se mueve una turbina para generar electricidad en la misma forma que en las hidroeléctricas.
Hidrólisis del agua Se considera el combustible del futuro pues se ha demostrado que los automóviles convencionales pueden funcionar (si se hacen algunas modificaciones) con gas hidrógeno. Al combinarse el hidrógeno con oxígeno se produce vapor de agua y una gran cantidad de energía. El problema con este combustible es que no existe una gran cantidad de hidrógeno como gas disponible. Cualquier cantidad que haya habido en la atmósfera hace mucho que ardió con los relámpagos y entró en la formación del agua. Hay en el suelo muchas bacterias que lo producen por reacciones de fermentación, pero otras lo aprovechan de inmediato porque es una fuente excelente de energía. Así que, el hidrógeno abunda, pero está enlazado al oxígeno en forma de agua o a otros compuestos poco energéticos. El hombre puede aislar hidrógeno del agua, pero se consume gran cantidad de energía. La última tecnología que se ha desarrollado para obtener esta hidrólisis es una imitación de la fotosíntesis, o sea usando la radiación solar. Consiste de la instalación de conjuntos de canalones solares o celdas fotovoltaicas en las regiones desérticas, donde la tierra es barata y la radiación solar cae abundantemente. La electricidad generada se utilizaría para producir hidrógeno por electrólisis. Existen marcas automovilísticas que ya han aplicado estas tecnologías y fabricado motores que transportan un vehículo convencional a velocidades razonables. Esta alternativa utiliza la quema de hidrógeno en los motores convencionales de combustión interna. La técnica utiliza el elemento (H2) en celdas combustibles para producir electricidad y potencia para los vehículos. Se trata de dispositivos en los que el hidrógeno se recombina por reacción química con el oxígeno y genera un potencial eléctrico en lugar de consumirse. Como las celdas combustibles desprenden menos calor que los motores habituales, la transferencia de energía del hidrógeno al vehículo es mucho más eficiente.
Más sobre energías alternativas
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Energía geotérmica Consiste en recuperar el calor que se produce en la corteza terrestre debido a fenómenos volcánicos, pues la juntura de las capas freáticas produce géiseres o manantiales termales en los que se puede utilizar la energía calorífica. Cuando la temperatura obtenida sobrepasa el punto de ebullición, se puede obtener vapor para mover turbinas generadoras de electricidad, mientras que en las zonas en que la temperatura obtenida es más baja, el uso es sólo para calefacción. Cuando el calor es de tipo seco hay que introducir agua mediante bombas para producir vapor de agua.
Energía mareomotriz y de corrientes marinas También tienen su origen en la energía proveniente del sol y que es captada par el mar. En el caso de corrientes marinas, la electricidad se puede producir al hacer pasar la corriente por grandes turbinas. El oleaje se puede utilizar mediante grandes flotadores paralelos a la costa y sujetos mediante cables al fondo, que al realizar movimientos de vaivén accionan un generador. También se pueden construir grandes recipientes en la costa que se llenan con la marea alta de modo que al devolverse el agua al mar a través de túneles se mueve una turbina para generar electricidad en la misma forma que en las hidroeléctricas.
Hidrólisis del agua Se considera el combustible del futuro pues se ha demostrado que los automóviles convencionales pueden funcionar (si se hacen algunas modificaciones) con gas hidrógeno. Al combinarse el hidrógeno con oxígeno se produce vapor de agua y una gran cantidad de energía. El problema con este combustible es que no existe una gran cantidad de hidrógeno como gas disponible. Cualquier cantidad que haya habido en la atmósfera hace mucho que ardió con los relámpagos y entró en la formación del agua. Hay en el suelo muchas bacterias que lo producen por reacciones de fermentación, pero otras lo aprovechan de inmediato porque es una fuente excelente de energía. Así que, el hidrógeno abunda, pero está enlazado al oxígeno en forma de agua o a otros compuestos poco energéticos. El hombre puede aislar hidrógeno del agua, pero se consume gran cantidad de energía. La última tecnología que se ha desarrollado para obtener esta hidrólisis es una imitación de la fotosíntesis, o sea usando la radiación solar. Consiste de la instalación de conjuntos de canalones solares o celdas fotovoltaicas en las regiones desérticas, donde la tierra es barata y la radiación solar cae abundantemente. La electricidad generada se utilizaría para producir hidrógeno por electrólisis. Existen marcas automovilísticas que ya han aplicado estas tecnologías y fabricado motores que transportan un vehículo convencional a velocidades razonables. Esta alternativa utiliza la quema de hidrógeno en los motores convencionales de combustión interna. La técnica utiliza el elemento (H2) en celdas combustibles para producir electricidad y potencia para los vehículos. Se trata de dispositivos en los que el hidrógeno se recombina por reacción química con el oxígeno y genera un potencial eléctrico en lugar de consumirse. Como las celdas combustibles desprenden menos calor que los motores habituales, la transferencia de energía del hidrógeno al vehículo es mucho más eficiente.
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Energía en México
Las reservas probadas de hidrocarburos ascendieron en 1997 a 50,812 millones de barriles, de los cuales el 80% correspondió a petróleo crudo y condensados, y el 20% a gas natural.
También se cuenta con 662.9 millones de toneladas de carbón distribuidas en cuatro cuencas principales. Por otra parte, se estima que las reservas de uranio alcanzan los 14.5 miles de toneladas.
Además México posee un potencial apreciable en fuentes alternativas de energía, como la geotérmica, nuclear, solar y eólica.
También se cuenta con 662.9 millones de toneladas de carbón distribuidas en cuatro cuencas principales. Por otra parte, se estima que las reservas de uranio alcanzan los 14.5 miles de toneladas.
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