5.1: Introducción

Objetivos de aprendizaje

Al final de este capítulo, los alumnos deberían poder hacerlo.

• Describir argumentos a favor de la energía alternativa
• Explicar los siguientes aspectos de la energía solar:
  • Cómo funciona la energía solar pasiva y dar ejemplos de su uso.
  • Cómo funcionan los paneles solares (células fotovoltaicas).
  • Las limitaciones y costos ambientales asociados a la energía solar.
• Explicar los siguientes aspectos de los biocombustibles/ energía de biomasa:
  • Describir lo que se entiende por el término “carbono neutro” y explicar cómo la energía de la biomasa puede y no puede ser carbono neutra.
  • Describir los logros actuales en biocombustibles y el potencial de crecimiento de esta área.
• Describir la energía eólica y explicar las ventajas y desventajas.
• Describir la energía geotérmica y explicar las ventajas y desventajas
• Describir la energía hidroeléctrica, ventajas y desventajas

Las fuentes de energía que se ponen a disposición de manera más o menos continua en un marco de tiempo útil para las personas se denominan energía renovable. Las fuentes de energía renovables a menudo se consideran fuentes alternativas porque, en general, la mayoría de los países industrializados no confían en ellas como su principal fuente de energía. En cambio, tienden a depender de las fuentes de energía convencionales como los combustibles fósiles o la energía nuclear que no son renovables. Debido a la crisis energética en Estados Unidos durante la década de 1970, la disminución del suministro de combustibles fósiles y los peligros asociados con la energía nuclear, el uso de fuentes de energía renovables como la energía solar, hidroeléctrica, eólica, biomasa y geotérmica ha crecido. La energía renovable proviene del sol (considerada un suministro “ilimitado”) u otras fuentes que teóricamente pueden renovarse al menos tan rápido como se consumen. Si se utilizan a un ritmo sustentable, estas fuentes estarán disponibles para su consumo por miles de años o más. Las alternativas renovables derivan del viento, el agua, la energía solar o la biomasa (Figura\(\PageIndex{1}\)). Tenga en cuenta que las fuentes de energía eólica, de agua y de biomasa son fuentes indirectas de energía solar. Una limitación actualmente asociada a la mayoría de las formas de energía renovable es que la energía no está concentrada y no es fácilmente portátil.

Figura\(\PageIndex{1}\): Una variedad de fuentes de voltaje (en sentido horario desde arriba a la izquierda): el Parque Eólico Brazos en Fluvanna, Texas (crédito: Prospecto, Wikimedia Commons); la presa Krasnoyarsk en Rusia (crédito: Alex Polezhaev); un parque solar (crédito: Departamento de Energía de Estados Unidos); y un grupo de baterías de hidruro metálico de níquel (crédito: Tiaa Monto). La salida de voltaje de cada uno depende de su construcción y carga, y equivale a emf solo si no hay carga.

La energía es un ingrediente importante en todas las fases de la sociedad. Vivimos en un mundo muy interdependiente, y el acceso a recursos energéticos adecuados y confiables es crucial para el crecimiento económico y para mantener la calidad de nuestras vidas. Sin embargo, los niveles actuales de consumo y producción de energía no son sostenibles debido a la fuerte dependencia de fuentes de energía no renovables. Los principales recursos energéticos utilizados en el mundo se muestran en la Figura\(\PageIndex{2}\). La mezcla de combustibles ha cambiado a lo largo de los años pero ahora está dominada por el petróleo, aunque las contribuciones de gas natural y solar van en aumento. Alrededor del 80% de nuestra energía proviene de combustibles fósiles no renovables y nucleares. El vínculo entre el calentamiento global y el uso de combustibles fósiles, con su producción de dióxido de carbono a través de la combustión, ha hecho, a los ojos de muchos científicos, un cambio hacia los combustibles no fósiles de suma importancia —pero no será fácil. Alrededor del 40% de la energía mundial proviene del petróleo, y gran parte de eso va a usos de transporte.

Figura\(\PageIndex{2}\): Consumo mundial de energía por fuente, 2013, en porcentaje. Observe que cuando se combinan todas las formas de energía de biomasa, la biomasa constituye la mayor proporción de energía renovable utilizada a nivel mundial. Fuente: Wikimedia commons - Por Delphi234 - Obra propia, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/inde...curid=33567170

5.1.1: Las crecientes necesidades energéticas del mundo

El consumo mundial de energía sigue aumentando sobre todo en países como China donde la economía está mejorando. La demanda global de energía se ha triplicado en los últimos 50 años y podría triplicarse nuevamente en los próximos 30 años (Figura 5.1.3). Si bien gran parte de este crecimiento vendrá de las economías en rápido auge de China e India, muchos de los países industrializados, especialmente los de Europa, esperan satisfacer sus necesidades energéticas ampliando el uso de fuentes renovables. Aunque actualmente sólo un pequeño porcentaje, la energía renovable está creciendo muy rápido, especialmente la eólica. Por ejemplo, Alemania planea cubrir el 20% de su electricidad y el 10% de sus necesidades energéticas generales con recursos renovables para el año 2020. La energía es una restricción clave en el rápido crecimiento económico de China e India. En 2003, China superó a Japón como el segundo mayor consumidor mundial de petróleo. No obstante, más de 1/3 de este petróleo es importado. A diferencia de la mayoría de los países occidentales, el carbón domina los recursos energéticos comerciales de China, representando 2/3 de su consumo energético. En 2009 China superó a Estados Unidos como el mayor emisor de CO ₂. En la India, los principales recursos energéticos son la biomasa (madera y estiércol) y el carbón. La mitad del petróleo de la India es importado. Alrededor del 70% de la electricidad de la India es generada por carbón altamente contaminante. Sin embargo, se están haciendo avances importantes en materia de energía renovable. India tiene una base de energía eólica en rápido crecimiento, y tiene el programa de cocción solar más grande del mundo. Si bien las fuentes no renovables dominan, algunos países obtienen un porcentaje considerable de su electricidad a partir de recursos renovables. Por ejemplo, alrededor del 67% de la demanda eléctrica de Nueva Zelanda es satisfecha por la hidroeléctrica. Los recursos renovables, principalmente hidroeléctricos, generan solo el 10% de la electricidad estadounidense.

Figura\(\PageIndex{3}\): (a) Uso de energía mundial pasado y proyectado (fuente: Basado en datos de la Administración de Información Energética de Estados Unidos, 2011). b) Matrices de células solares en una planta de energía en Steindorf, Alemania (crédito: Michael Betke, Flickr).

5.1.2: ¿Por qué utilizar fuentes de energía renovables?

La mayoría de las fuentes de energía renovables, incluyendo la solar, la eólica, el agua y la biomasa, pueden atribuirse directa o indirectamente al sol. El hecho de que el sol siga ardiendo por otros 4-5 mil millones de años lo hace inagotable como fuente de energía para la civilización humana. Con la tecnología adecuada, las fuentes de energía renovables permiten un control local y descentralizado sobre la energía. Los hogares, las empresas y las comunidades aisladas pueden usar fuentes como la solar para producir electricidad sin estar cerca de una planta de energía o estar conectadas a una red eléctrica. Esto elimina problemas como derrames asociados a la extracción y transporte de combustibles fósiles que se necesita para abastecer estos combustibles fósiles a aquellas áreas que faltan. La mayoría de las fuentes de energía renovables no contaminan el aire con emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes atmosféricos asociados a los combustibles fósiles. Esto es especialmente importante en la lucha contra el cambio climático.