15.4: Fuentes de Energía Utilizadas en la Antrosfera

Hasta cerca de 1800 el sol proporcionaba prácticamente toda la energía utilizada por los humanos. La biomasa producida por la fotosíntesis se quemó por calor o se utilizó para alimentar a caballos, bueyes e incluso humanos que proporcionaban energía muscular. Viento resultante del calentamiento solar desigual de las masas de aire impulsaron veleros y molinos de viento. El ciclo hidrológico alimentado por energía solar produjo agua corriente que conducía ruedas de agua.

Alrededor de 1800 el dramáticamente aumento del uso del carbón inició la era de las fuentes de energía de combustibles fósiles. Este uso fue permitido por la invención de la máquina de vapor, que proporcionó energía abundante y confiable para fuentes estacionarias y locomotoras y la energía utilizada para la extracción del carbón. Para 1900 el carbón era la fuente de energía dominante en las sociedades industrializadas, pero el petróleo, especialmente adecuado como combustible para el recién desarrollado motor de combustión interna, comenzó un siglo de rápido desarrollo, convirtiéndose en el combustible favorecido para el transporte. A menudo encontrado en pozos perforados para petróleo, el gas natural también se desarrolló durante la década de 1900, predominantemente como combustible para necesidades no transportables. Durante este siglo la energía hidroeléctrica adquirió una parte significativa de la producción de energía eléctrica y sigue siendo una fuente sustancial de energía renovable. Hacia 1975, la energía nuclear estaba suministrando cantidades significativas de electricidad y ha mantenido una participación apreciable en todo el mundo hasta la actualidad. Diversas fuentes renovables, incluyendo la geotérmica y, más recientemente, la energía solar y eólica están haciendo contribuciones cada vez mayores al suministro total de energía. La biomasa aún contribuye significativamente al total de las fuentes de energía utilizadas y cobrará aún más importancia a medida que aumente el énfasis en las fuentes renovables.

La Figura 15.3 muestra las fuentes de energía de Estados Unidos y el mundo a partir de 2009 La abrumadora dependencia del petróleo de combustibles fósiles, el gas natural y el carbón son evidentes. Se trata de fuentes de energía no renovables. La Figura 15.4 muestra las cantidades originales estimadas de estos combustibles con base en datos de alrededor de 1970. Si bien las cantidades de estos combustibles basadas en estimaciones más modernas ciertamente diferirían, las proporciones deberían ser aproximadamente las mismas. El predominio del carbón y el lignito es evidente.

Figura 15.3. Fuentes de energía estadounidenses (izquierda) y mundiales (derecha). Porcentajes del total redondeado al 1% más cercano.

El carbón y el lignito son los combustibles que más dióxido de carbono aportan a la atmósfera por unidad de energía generada. Una medida de esta contribución para los combustibles fósiles es la proporción de agua producida por molécula de dióxido de carbono generada; mayores cantidades relativas de agua significan que mayor parte de la energía proviene de la quema de hidrógeno unido químicamente que no produce dióxido de carbono. El mejor combustible en este sentido es el gas natural compuesto por metano, CH ₄, que se quema según la reacción

\[\ce{CH4 + 2O2 \rightarrow CO2 + 2H2O + energy}\]

produciendo dos moléculas de agua por molécula de dióxido de carbono. Para petróleo líquido, fórmula empírica aproximada CH ₂, hay una molécula de H ₂ O generada por molécula de CO ₂ y para carbón, fórmula empírica aproximada CH _0.8, hay algo menos de 1/2 de una molécula de H ₂ O por cada CO ₂ molécula liberada.

Figura 15.4. Cantidades originales estimadas de los combustibles fósiles recuperables del mundo a partir de 1971 (cantidades en petavatios hora térmicos de energía basadas en datos tomados de M. K. Hubbert, “The Energy Resources of the Earth”, en Energy and Power, W. H. Freeman and Co., San Francisco, 1971. Un petawatt es de 10 a ¹⁵ vatios).