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14.2: Fuentes de energía no renovables

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    Combustible Fósil Líquido: Petróleo

    El treinta y siete por ciento del consumo de energía mundial y el 43 por ciento del consumo de energía de Estados Unidos proviene del petróleo. La mayor parte de la producción de petróleo se encuentra en la región del Golfo. Científicos y formuladores de políticas a menudo discuten la cuestión de cuándo el mundo alcanzará el pico de producción de petróleo, y hay muchas variables en esa ecuación, pero generalmente se piensa que el pico de petróleo se alcanzará a mediados del siglo XXI. Actualmente las reservas mundiales son 1.3 billones de barriles, o 45 años que quedan en el nivel actual de producción, pero podemos reducir la producción a medida que los suministros se agotan.

    Impactos ambientales de la extracción y refinación de petróleo

    El petróleo generalmente se encuentra de una a dos millas (1.6 — 3.2 km) debajo de la superficie. Las refinerías de petróleo separan la mezcla de petróleo crudo en los diferentes tipos de gas, combustible diesel, alquitrán y asfalto. Para encontrar y extraer los trabajadores petroleros deben perforar profundamente debajo del fondo del océano. A medida que Estados Unidos intenta extraer más petróleo de sus propios recursos, estamos perforando aún más profundamente en la tierra y aumentando los riesgos ambientales.

    El derrame de petróleo más grande de Estados Unidos hasta la fecha comenzó en abril de 2010 cuando ocurrió una explosión en la plataforma petrolera Deepwater Horizon matando a 11 empleados y derramando casi 200 millones de galones de petróleo antes de que se pudiera detener la fuga resultante. La vida silvestre, los ecosistemas y los medios de vida de las personas se vieron afectados negativamente. Se gastó mucho dinero y enormes cantidades de energía y desechos en esfuerzos inmediatos de limpieza. Aún no se conocen los impactos a largo plazo. Se creó la Comisión Nacional sobre el Derrame de Petróleo y Perforación Offshore Horizon de Aguas Profundas para estudiar qué salió mal.

    Una vez que se encuentra y se extrae el aceite, se debe refinar. La refinación de petróleo es una de las principales fuentes de contaminación del aire en Estados Unidos por hidrocarburos orgánicos volátiles y emisiones tóxicas, y la fuente más grande de benceno cancerígeno. Cuando el petróleo se quema como gasolina o diesel, o para hacer electricidad o para alimentar calderas para el calor, produce una serie de emisiones que tienen un efecto perjudicial sobre el medio ambiente y la salud humana:

    • El dióxido de carbono (\(\ce{CO2}\)) es un gas de efecto invernadero y una fuente de cambio climático.
    • El dióxido de azufre (\(\ce{SO2}\)) causa lluvia ácida, que daña a las plantas y animales que viven en el agua, y aumenta o causa enfermedades respiratorias y cardiopatías, particularmente en poblaciones vulnerables como niños y ancianos.
    • Los óxidos nitrosos (\(\ce{NOx}\)) y los Carbones Orgánicos Volátiles (COV) contribuyen al ozono a nivel del suelo, que es irritante y causa daño a los pulmones.
    • La materia particulada (PM) produce condiciones nebulosas en ciudades y áreas escénicas, y se combina con el ozono para contribuir al asma y la bronquitis crónica, especialmente en niños y ancianos. También se cree que la PM muy pequeña, o “fina”, penetra más profundamente en el sistema respiratorio y causa enfisema y cáncer de pulmón.
    • El plomo puede tener graves impactos en la salud, especialmente para los niños.
    • Las toxinas del aire son carcinógenos conocidos o probables.

    Existen otras fuentes domésticas de combustible fósil líquido que están siendo consideradas como recursos convencionales y se están agotando. Estas incluyen arenas del suelo/arenas alquitranadas, depósitos de arena húmeda y arcilla con 1-2 por ciento de betún (petróleo grueso y pesado rico en carbono y pobre en hidrógeno). Éstas son removidas por minería en tiras (ver sección anterior sobre carbón). Otra fuente es el esquisto bituminoso en el oeste de Estados Unidos que es roca sedimentaria llena de materia orgánica que puede procesarse para producir petróleo líquido. Además, minado por minas de tiras o minas subterráneas, el esquisto bituminoso puede quemarse directamente como carbón o hornearse en presencia de hidrógeno para extraer petróleo líquido. Sin embargo, los valores netos de energía son bajos y son caros de extraer y procesar. Ambos recursos tienen graves impactos ambientales debido a la minería de franjas, dióxido de carbono, metano y otros contaminantes del aire similares a otros combustibles fósiles.

    Combustible Fósil Sólido: Carbón

    El carbón proviene de la materia orgánica que se comprimió bajo alta presión para convertirse en una estructura densa y sólida de carbono durante miles a millones de años. Debido a su costo y abundancia relativamente bajos, el carbón se utiliza para generar aproximadamente la mitad de la electricidad consumida en Estados Unidos. El carbón es la mayor fuente de energía producida a nivel nacional. Figura La producción histórica de carbón de Estados Unidos muestra cómo la producción de carbón se ha duplicado en Estados Unidos en los últimos sesenta años. Las reservas mundiales actuales se estiman en 826,000 millones de toneladas, con casi el 30 por ciento de eso en Estados Unidos. Es un importante recurso de combustible que Estados Unidos controla a nivel nacional.

    higo 14.2.1.jpgFigura\(\PageIndex{1}\): El gráfico histórico de producción de carbón de Estados Unidos muestra la producción de carbón estadounidense de 1950-2010. Fuente: Administración de Información Energética de Estados Unidos

    El carbón es abundante y económico, cuando se mira solo el costo del mercado en relación con el costo de otras fuentes de electricidad, pero su extracción, transporte y uso produce una multitud de impactos ambientales que el costo del mercado realmente no representa. El carbón emite dióxido de azufre, óxido de nitrógeno y mercurio, que se han relacionado con la lluvia ácida, el smog y los problemas de salud. La quema de carbón emite mayores cantidades de dióxido de carbono por unidad de energía que el uso de petróleo o gas natural. El carbón representó el 35 por ciento del total de emisiones estadounidenses de dióxido de carbono liberadas a la atmósfera terrestre en 2010. La ceniza generada por la combustión contribuye a la contaminación del agua. Algunas minas de carbón tienen un impacto negativo en los ecosistemas y la calidad del agua, y altera los paisajes y las vistas panorámicas. También hay importantes efectos y riesgos para la salud de los mineros del carbón y quienes viven en las inmediaciones de las minas de carbón.

    La minería subterránea tradicional es riesgosa para los trabajadores mineros debido al riesgo de atrapamiento o muerte. En los últimos 15 años, la Administración de Salud y Seguridad Minera de Estados Unidos ha publicado el número de muertes de trabajadores mineros y ha variado entre 18 y 48 por año.

    Veintinueve mineros murieron el 6 de abril de 2010 en una explosión en la mina de carbón Upper Big Branch en West Virginia, contribuyendo al repunte de muertes entre 2009 y 2010. En otros países, con menos regulaciones de seguridad, los accidentes ocurren con mayor frecuencia. En mayo de 2011, por ejemplo, tres personas murieron y 11 quedaron atrapadas en una mina de carbón en México durante varios días. También existe riesgo de contraer enfermedad pulmonar negra (neumoconiosis) Esta es una enfermedad de los pulmones causada por la inhalación de polvo de carbón durante un largo periodo de tiempo. Causa tos y dificultad para respirar. Si se detiene la exposición el resultado es bueno. Sin embargo, la forma complicada puede causar dificultad para respirar que empeora cada vez más.

    Mountain Top Mining (MTM), aunque menos peligrosa para los trabajadores, tiene efectos particularmente perjudiciales en los recursos terrestres. MTM es una práctica minera de superficie que involucra la remoción de cimas de montañas para exponer vetas de carbón, y la eliminación de los desechos mineros asociados en valles adyacentes, “rellenos de valles”.

    higo 14.2.2.jpgFigura\(\PageIndex{2}\): Minería de carbón de remoción en la cima de la montaña en el condado de Martin, Kentucky La fotografía muestra la minería de remoción de carbón en la cima de la montaña Fuente: Flashdark.

    Los siguientes son algunos ejemplos del impacto de MTM:

    • un incremento de minerales en el agua que impactan negativamente a peces y macroinvertebrados, dando lugar a especies menos diversas y más tolerantes a contaminantes
    • arroyos a veces son cubiertos por limo de la minería
    • el re-crecimiento de árboles y plantas leñosas en tierras regradadas puede ralentizarse debido a suelos compactados
    • afecta la diversidad de especies de aves y anfibios en la zona ya que el ecosistema cambia de áreas boscosas a otras
    • puede haber problemas sociales, económicos y patrimoniales creados por la pérdida de tierras boscosas que pueden haber sido importantes para las tradiciones y economías de la zona

    Combustible fósil gaseoso: Gas natural

    El gas natural satisface 20 por ciento de las necesidades energéticas mundiales y 25 por ciento de las necesidades de Estados Unidos. El gas natural está compuesto principalmente por metano, el hidrocarburo más corto (\(\ce{CH4}\)), y es un gas de efecto invernadero muy potente. Hay dos tipos de gas natural. El gas biogénico se encuentra a poca profundidad y surge de la descomposición anaeróbica de la materia orgánica por bacterias, como el gas de vertedero. El gas termogénico proviene de la compresión de materia orgánica y calor profundo bajo tierra. Se encuentran con petróleo en rocas reservorio y con depósitos de carbón, y estos combustibles fósiles se extraen juntos.

    El metano se libera a la atmósfera desde minas de carbón, pozos de petróleo y gas, tanques de almacenamiento de gas natural, tuberías y plantas de procesamiento. Estas fugas son la fuente de alrededor del 25 por ciento del total de las emisiones de metano de Estados Unidos, lo que se traduce en el tres por ciento del total de emisiones de gases Cuando se produce gas natural pero no se puede capturar y transportar económicamente, se “quema” o se quema en sitios de pozos. Esto se considera más seguro y mejor que liberar metano a la atmósfera porque\(\ce{CO2}\) es un gas de efecto invernadero menos potente que el metano.

    En los últimos años se ha identificado una nueva reserva de gas natural: los recursos de esquisto. Estados Unidos posee 2,552 billones de pies cúbicos (Tcf) (72.27 billones de metros cúbicos) de recursos potenciales de gas natural, con recursos de esquisto que representan 827 Tcf (23.42 tcm). A medida que aumentaron los precios del gas, se ha vuelto más económico extraer el gas del esquisto. La figura U.S. Natural Gas Supply, 1990-2035 muestra el pasado y pronosticado la producción de gas natural estadounidense y las diversas fuentes. Las reservas actuales son suficientes para durar alrededor de 110 años a la tasa de consumo estadounidense de 2009 (alrededor de 22.8 Tcf por año -645.7 bcm por año).

    higo 14.2.3.jpgFigura\(\PageIndex{3}\): Suministro de Gas Natural de Estados Unidos, 1990-2035 El gráfico muestra la producción histórica y proyectada de gas natural estadounidense de diversas fuentes. Fuente: Administración de Información Energética de Estados Unidos

    El gas natural es una fuente de energía preferida al considerar sus impactos ambientales. Específicamente, cuando se quema, se omiten mucho menos dióxido de carbono (\(\ce{CO2}\)), óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre que de la combustión de carbón o petróleo. Tampoco produce cenizas ni emisiones tóxicas.

    Impactos ambientales de la exploración, perforación y producción

    Los recursos terrestres se ven afectados cuando los geólogos exploran depósitos de gas natural en tierra, ya que los vehículos perturban la vegetación y los suelos La desbroce de carreteras, la construcción de tuberías y plataformas de perforación también afectan los hábitats naturales al despejar La producción de gas natural también puede resultar en la producción de grandes volúmenes de agua contaminada. Esta agua tiene que ser manejada, almacenada y tratada adecuadamente para que no contamine la tierra y los suministros de agua. La extracción de gas de esquisto es más problemática que las fuentes tradicionales debido a un proceso apodado fracking o fracturación de pozos, ya que requiere grandes cantidades de agua (ver Figura a continuación). La técnica utiliza fluidos de alta presión para fracturar los depósitos de esquisto normalmente duro y liberar gas y petróleo atrapados dentro de la roca. Para promover el flujo de gas fuera de la roca, se incluyen pequeñas partículas de sólidos en los líquidos de fracturación para alojarse en las grietas de esquisto y mantenerlas abiertas después de que los líquidos sean despresurizados. El uso considerable del agua puede afectar la disponibilidad de agua para otros usos en algunas regiones y esto puede afectar los hábitats acuáticos. Si se administra mal, el fluido de fracturación hidráulica puede ser liberado por derrames, fugas o varias otras vías de exposición. El fluido contiene sustancias químicas potencialmente peligrosas como ácido clorhídrico, glutaraldehído, destilado de petróleo y etilenglicol. Los riesgos del fracking se han destacado en la cultura popular en el documental, Gasland (2010).

    higo 14.2.4.jpgFigura\(\PageIndex{4}\): La gráfica ilustra el proceso de fracturación hidráulica. Fuente: Al Granberg, ProPublica.

    El fracking también produce grandes cantidades de aguas residuales, que pueden contener productos químicos disueltos del fluido hidráulico y otros contaminantes que requieren tratamiento antes de su eliminación o reutilización. Debido a las cantidades de agua utilizada y las complejidades inherentes al tratamiento de algunos de los componentes de las aguas residuales, el tratamiento y la eliminación son un tema importante y desafiante.

    El gas crudo de un pozo puede contener muchos otros compuestos además del metano que se busca, incluido el sulfuro de hidrógeno, un gas muy tóxico. El gas natural con altas concentraciones de sulfuro de hidrógeno generalmente se quema, lo que produce CO 2, monóxido de carbono, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y muchos otros compuestos. Los pozos y tuberías de gas natural a menudo tienen motores para hacer funcionar equipos y compresores, que producen contaminantes adicionales del aire y ruido.

    Aportes de Carbón y Gas a la Generación Eléctrica

    En la actualidad los combustibles fósiles utilizados para la generación de electricidad son predominantemente carbón (45 por ciento) y gas (23 por ciento); el petróleo representa aproximadamente 1 por ciento. La electricidad del carbón tiene sus orígenes a principios del siglo XX, cuando era el combustible natural para las máquinas de vapor dada su abundancia, alta densidad energética y bajo costo. El gas es una adición posterior a la mezcla de electricidad fósil, llegando en cantidades significativas después de la Segunda Guerra Mundial y con su mayor crecimiento desde 1990. De los dos combustibles, el carbón emite casi el doble de dióxido de carbono como gas para la misma producción de calor, lo que lo hace significativamente mayor contribuyente al calentamiento global y al cambio climático.

    El futuro del gas y el carbón

    El desarrollo futuro del carbón y del gas depende del grado de preocupación pública y regulatoria por las emisiones de carbono, y del precio relativo y la oferta de los dos combustibles. Los suministros de carbón abundan en Estados Unidos, y la cadena de transporte de las minas a las centrales eléctricas está bien establecida por una larga experiencia. El principal factor desconocido es el grado de presión pública y regulatoria que se colocará sobre las emisiones de carbono. La fuerte presión regulatoria sobre las emisiones de carbono favorecería el retiro del carbón y la adición de centrales eléctricas de gas. Esta tendencia se ve reforzada por la reciente expansión dramática de las reservas de gas de esquisto en Estados Unidos debido a los avances en la perforación horizontal y la fracturación hidráulica de los yacimientos de gas de esquisto. La producción de gas de esquisto ha aumentado 48 por ciento anual en los años 2006 — 2010, con más aumentos esperados. Una mayor producción de gas de esquisto en Estados Unidos reducirá gradualmente las importaciones y eventualmente podría convertir a Estados Unidos en un exportador neto de gas natural.

    higo 14.2.5.jpgFigura\(\PageIndex{5}\): Ciclo Global del Carbono, 1990 El ciclo global del carbono para la década de 1990, mostrando los principales flujos anuales en GtC año-1: flujos preindustriales 'naturales' en negro y flujos 'antropogénicos' en rojo. Fuente: Cambio climático 2007: La base de la ciencia física: Contribución del Grupo de Trabajo I al Cuarto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, Cambridge University Press, figura 7.3

    Más allá de una tendencia del carbón al gas para la generación de electricidad, existe la necesidad de lidiar con las emisiones de carbono de la producción fósil de electricidad. La figura anterior muestra el tamaño de estas emisiones en comparación con los flujos naturales entre el océano y la atmósfera y de la vegetación y el uso del suelo. Los flujos antropogénicos son pequeños en comparación, pero tienen un gran efecto en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. La razón es la dinámica escalonada del ciclo del carbono. El depósito de almacenamiento definitivo para las emisiones de carbono es el océano profundo, con abundante capacidad para absorber el flujo relativamente pequeño de la combustión de combustibles fósiles. El traslado al océano profundo, sin embargo, ocurre en tres pasos: primero a la atmósfera, luego al océano poco profundo y finalmente al océano profundo. El cuello de botella es la lenta transferencia de dióxido de carbono del océano poco profundo al océano profundo, gobernado por la gran cinta transportadora oceánica o circulación termohalina ilustrada en la Figura a continuación. La gran cinta transportadora oceánica tarda entre 400 y 1000 años en completar un ciclo. Mientras el dióxido de carbono espera ser transportado a las profundidades del océano, satura el océano poco profundo y “retrocede” en la atmósfera provocando el calentamiento global y amenazando el cambio climático. Si las emisiones de carbono van a ser capturadas y almacenadas (o “secuestradas”) deben quedar atrapadas durante miles de años mientras la atmósfera se ajusta a las emisiones de carbono pasadas y futuras.

    higo 14.2.6.jpgFigura\(\PageIndex{6}\): Banda Transportadora del Gran Océano La gran cinta transportadora oceánica (o corriente termohalina) envía corrientes superficiales cálidas desde el Pacífico a los océanos Atlántico y corrientes frías profundas en la dirección opuesta. La cinta transportadora es responsable de transportar el dióxido de carbono disuelto desde el relativamente pequeño reservorio del océano poco profundo hasta un reservorio mucho más grande del océano profundo. Se necesitan 400 a 1000 años para completar un ciclo. Fuente: Laboratorio Nacional Argonne

    El secuestro de dióxido de carbono en formaciones geológicas subterráneas es un proceso que, en principio, tiene la capacidad de manejar las emisiones de carbono de combustibles fósiles, la reacción química del dióxido de carbono a una forma sólida estable es otro. Para el secuestro, existen desafíos fundamentales que deben entenderse y resolverse antes de que el proceso pueda implementarse a gran escala.

    Se desconocen en gran medida las reacciones químicas y las rutas de migración a través de las rocas porosas en las que se almacena el dióxido de carbono Dependiendo del entorno rocoso, podrían formarse compuestos sólidos estables que eliminarían efectivamente el dióxido de carbono secuestrado del ambiente. Alternativamente, podría permanecer como dióxido de carbono o transformarse en una especie móvil y migrar largas distancias, encontrando finalmente una ruta de escape a la atmósfera donde podría retomar su contribución al calentamiento del invernadero o causar nuevos daños ambientales. El requisito de secuestro a largo plazo es grave: una tasa de fuga del 1 por ciento significa que todo el dióxido de carbono secuestrado en el primer año se escapa en un siglo, un abrir y cerrar de ojos en la escala temporal del cambio climático.

    Energía Nuclear

    Las centrales nucleares no producen dióxido de carbono y, por lo tanto, a menudo se consideran un combustible alternativo, cuando la principal preocupación es el cambio climático. Actualmente, la producción mundial es de unos 19.1 billones de kWh, con Estados Unidos produciendo y consumiendo alrededor del 22 por ciento de eso. La energía nuclear proporciona alrededor del nueve por ciento de nuestro consumo total de electricidad (ver Figura a continuación).

    Sin embargo, existen desafíos ambientales con la energía nuclear. La extracción y refinación de mineral de uranio y la fabricación de combustible para reactores exigen mucha energía. Las propias plantas están hechas de metal y concreto lo que también requiere energía para su fabricación. El principal desafío ambiental para la energía nuclear son los desechos, incluidos los relaves de uranio, el combustible gastado (usado) del reactor y otros desechos radiactivos. Estos materiales tienen una larga vida media radiactiva y, por lo tanto, siguen siendo una amenaza para la salud humana durante miles de años. La Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos regula el funcionamiento de las centrales nucleares y el manejo, transporte, almacenamiento y disposición de materiales radiactivos para proteger la salud humana y el medio ambiente.

    Por volumen, los relaves de uranio son los desechos más grandes y contienen el elemento radiactivo radio, que se descompone para producir radón, un gas radiactivo. Estos desechos se colocan cerca de la instalación de procesamiento o molino de donde provienen, y se cubren con una barrera de un material como arcilla para evitar que el radón escape a la atmósfera y luego una capa de tierra, rocas u otros materiales para evitar la erosión de la barrera de sellado.

    Los desechos radiactivos de alto nivel consisten en combustible usado para reactores nucleares. Este combustible se encuentra en una forma sólida consistente en pequeñas pastillas de combustible en tubos largos de metal y debe ser almacenado y manejado con contención múltiple, primero enfriado por agua y posteriormente en contenedores especiales de concreto o acero al aire libre que se enfrían por aire. No hay ninguna instalación de almacenamiento a largo plazo para este combustible en Estados Unidos.

    Existen muchas otras precauciones regulatorias que rigen los permisos, la construcción, la operación y el desmantelamiento de centrales nucleares debido a los riesgos de una reacción nuclear incontrolada. El potencial de contaminación del aire, el agua y los alimentos es alto en caso de que se produzca una reacción incontrolada. Incluso cuando se planifica para los peores escenarios, siempre hay riesgos de eventos inesperados. Por ejemplo, el terremoto de marzo de 2011 y el posterior tsunami que azotó a Japón resultaron en la fusión de reactores en la Central Nuclear Fukushima Daiichi causando daños masivos en la zona circundante.

    Nota

    Central nuclear Fukushima Daiichi

    • 11 de marzo de 2011: Sismo de magnitud 9.0 231 millas al noreste de Tokio. Menos de 1 hora después un tsunami de 14m golpeó
    • 50 empleados de centrales eléctricas trabajaron las 24 horas del día para tratar de estabilizar la situación

    Los reactores nucleares de Estados Unidos tienen recipientes de contención diseñados para soportar eventos climáticos extremos y terremotos. Sin embargo, tras el incidente de Japón, están revisando sus instalaciones, políticas y procedimientos.

    higo 14.2.7.jpgFigura\(\PageIndex{7}\): Consumo de energía en Estados Unidos por fuente de energía, 2009 La energía renovable constituye el 8% del consumo de energía de Estados Unidos. Fuente: Administración de Información Energética de Estados Unidos

    Debate sobre Energía Nuclear

    Desde una perspectiva de sustentabilidad, la electricidad nuclear presenta un dilema interesante. Por un lado, la electricidad nuclear no produce emisiones de carbono, una ventaja sustentable importante en un mundo que enfrenta el calentamiento global inducido por el ser humano y el potencial cambio climático. Por otro lado, la electricidad nuclear produce combustible gastado que debe almacenarse fuera del medio ambiente durante decenas o cientos de miles de años, produce plutonio y uranio de grado bomba que podrían ser desviados por terroristas u otros para destruir ciudades y envenenar el medio ambiente, y amenaza lo natural y ambiente construido a través de fugas accidentales de radiación de larga duración. Científicos reflexivos, responsables políticos y ciudadanos deben sopesar el beneficio de esta fuente de electricidad libre de carbono contra el riesgo ambiental de almacenar combustible gastado durante miles o cientos de miles de años, el riesgo social de proliferación nuclear y el impacto de las emisiones accidentales de radiación de reactores operativos. Hay muy pocos ejemplos de humanos que tengan el poder de cambiar permanentemente la dinámica de la tierra. El calentamiento global y el cambio climático por las emisiones de carbono son un ejemplo, y la radiación de la explosión de un número suficiente de armas nucleares es otro. La electricidad nuclear toca ambas oportunidades, en el lado positivo para reducir las emisiones de carbono y en el lado negativo por el riesgo de proliferación nuclear.

    La electricidad nuclear llegó a la escena energética notablemente rápido. Tras el desarrollo de la tecnología nuclear al final de la Segunda Guerra Mundial con fines militares, la energía nuclear rápidamente adquirió un nuevo camino en tiempos de paz para la producción económica de electricidad. Once años después del final de la Segunda Guerra Mundial, en 1956, muy poco tiempo en términos energéticos, el primer reactor nuclear comercial produjo electricidad en Calder Hall en Sellafield, Inglaterra. El número de reactores nucleares creció de manera constante a más de 400 en 1990, cuatro años después del desastre de Chernobyl en 1986 y once años después de Three Mile Island en 1979. Desde 1990, el número de reactores operativos se ha mantenido aproximadamente plano, con el desmantelamiento de nuevas construcciones equilibradas, debido a la renuencia pública y gubernamental a continuar con los planes de expansión de la electricidad nuclear. Figura Crecimiento de Combustibles Utilizados para Producir Electricidad en Estados Unidos y Figura Nuclear Cuota de Estados Unidos Generación de Electricidad muestran el desarrollo y estatus de la energía nuclear en Estados Unidos, reflejo de su crecimiento mundial.

    El resultado de este debate determinará si el mundo experimenta un renacimiento nuclear que se está gestando desde hace varios años. La discusión global se ha visto fuertemente impactada por el improbable accidente nuclear en Fukushima, Japón, en marzo de 2011. El desastre nuclear de Fukushima fue causado por un terremoto y tsunami que inhabilitó el sistema de enfriamiento para un complejo de energía nuclear consistente en operar reactores nucleares y piscinas de almacenamiento para el almacenamiento subacuático del combustible nuclear gastado, lo que finalmente provocó una fusión parcial de algunos de los núcleos del reactor y liberación de radiación significativa. Este evento, 25 años después de Chernobyl, nos recuerda que la seguridad y la confianza pública son especialmente importantes en la energía nuclear; sin ellas la expansión de la energía nuclear no sucederá.

    Existen dos vías básicas para manejar el combustible gastado de los reactores nucleares: una vez a través y el reprocesamiento. Una vez a través de las tiendas de combustible gastado después de un solo paso a través del reactor, primero en piscinas en el sitio del reactor mientras se enfría radioactiva y térmicamente, luego en un sitio de almacenamiento geológico a largo plazo, donde debe permanecer durante cientos de miles de años. El reprocesamiento separa la fracción útil del combustible gastado y la recicla a través del reactor, utilizando una mayor fracción de su contenido energético para la producción de electricidad, y envía los residuos de alto nivel restantes al almacenamiento geológico permanente. La principal motivación para reciclar es un mayor uso de los recursos de combustible, extrayendo ~ 25 por ciento más energía que el ciclo de una vez a través. Una motivación secundaria para el reciclaje es una reducción significativa del espacio de almacenamiento geológico permanente (por un factor de ~ 5 o más) y el tiempo (de cientos de miles de años a miles de años). Si bien estas ventajas parecen naturales y atractivas desde una perspectiva de sustentabilidad, se complican por el riesgo de robo de material nuclear del ciclo de reprocesamiento para su uso en la producción ilícita de armas u otros fines no sostenibles. En la actualidad, Francia, Reino Unido, Rusia, Japón y China se dedican a alguna forma de reprocesamiento; Estados Unidos, Suecia y Finlandia no reprocesan.

    La dependencia global del transporte del petróleo

    Los combustibles líquidos de petróleo y la electricidad son los dos portadores de energía dominantes en Estados Unidos, el petróleo representa el 37 por ciento de la energía primaria y la electricidad el 38 por ciento. Estos dos portadores de energía representan una fracción similar de las emisiones de carbono, 36 por ciento y 38 por ciento, respectivamente. Dos tercios del consumo de petróleo se dedican al transporte, proporcionando combustible para automóviles, camiones, trenes y aviones. Para Estados Unidos y las sociedades más desarrolladas, el transporte se entreteje en el tejido de nuestras vidas, una necesidad tan central para las operaciones diarias como la comida o el refugio. La concentración de reservas de petróleo en algunas regiones o en el mundo (Figura Reservas de Petróleo Crudo) hace que gran parte del mundo dependa de la energía importada para el transporte.

    El alza del precio del petróleo en la última década hace que la dependencia de la energía importada para el transporte sea un tema económico así como energético. Estados Unidos, por ejemplo, ahora gasta más de 350 mil millones de dólares anuales en petróleo importado, una fuga de recursos económicos que podrían utilizarse para estimular el crecimiento, crear empleos, construir infraestructura y promover avances sociales en el hogar.

    Desde una perspectiva de sustentabilidad, el petróleo presenta varios desafíos. En primer lugar, el tiempo durante el cual las reservas finitas de petróleo del mundo pueden seguir abasteciendo la creciente demanda. En segundo lugar, el impacto en el calentamiento global y el cambio climático que tendrán las emisiones de carbono de la combustión de petróleo, y en tercer lugar, el reto de encontrar un reemplazo sustentable para el petróleo para el transporte. Si bien conocemos el curso general de subida inicial y caída final que debe tomar la producción mundial de petróleo, no conocemos con confianza la escala de tiempo sobre la que se desarrollará.

    La incertidumbre del momento del pico en la producción mundial de petróleo nos alienta a encontrar otros temas y motivaciones para lidiar con un suministro inevitablemente insostenible. Una motivación primordial es la seguridad energética, la amenaza de que los suministros de petróleo puedan verse interrumpidos por cualquiera de varios eventos como el clima, los desastres naturales, el terrorismo y la geopolítica. Gran parte del mundo siente que estas amenazas son buenas razones para un esfuerzo concertado para encontrar reemplazos para el petróleo como nuestro principal combustible para el transporte. Una segunda motivación es el daño ambiental y la acumulación de gases de efecto invernadero en la atmósfera debido a las emisiones del transporte. A diferencia de la generación de electricidad, las emisiones de transporte surgen de millones de pequeñas fuentes, por ejemplo, los tubos de escape de automóviles y camiones y el escape de trenes y aviones.

    El desafío de capturar y secuestrar dióxido de carbono de estas fuentes distribuidas y móviles es dramáticamente mayor que el de las grandes fuentes fijas de plantas de energía. Un objetivo más alcanzable puede ser reemplazar el petróleo como combustible de transporte por biocombustible que se recicla de forma natural cada año desde tubos de escape de automóviles hasta cultivos biocombustibles que no compiten con los cultivos alimentarios. Otras opciones incluyen reemplazar los combustibles líquidos con electricidad producida a nivel nacional, o aumentar la eficiencia de los vehículos al reducir su peso, capturar regenerativamente la energía de frenado y mejorar la eficiencia del motor. Cada una de estas opciones tiene promesa y cada una debe superar retos.

    Los cambios en el sistema energético son inevitablemente lentos, debido al tiempo necesario para desarrollar nuevas tecnologías y la inercia operativa de eliminar gradualmente la infraestructura de una tecnología existente para dejar espacio a un sucesor. El sistema de transporte exhibe esta inercia operativa, regida por el tiempo de rotación de la flota de vehículos, de unos 15 años. Si bien esa escala de tiempo es larga comparada con los ciclos económicos, el horizonte de ganancias de las corporaciones y el horizonte político de los funcionarios electos, es importante comenzar ahora a identificar y desarrollar alternativas sustentables al petróleo como combustible de transporte. La escala de tiempo desde la innovación de nuevos enfoques y materiales hasta la implementación en el mercado suele ser de 20 años o más, bien acorde con la inercia operativa del sistema de transporte. El reto es iniciar investigación y desarrollo innovadores para sistemas de transporte alternativos y sostenerlos continuamente hasta que se establezcan las alternativas.

    Colaboradores y Atribuciones


    14.2: Fuentes de energía no renovables is shared under a CC BY-NC license and was authored, remixed, and/or curated by LibreTexts.