Contenido
- Los combustibles fósiles impulsaron la revolución industrial
- Los ríos y arroyos son una fuente importante de energía
- Los océanos también son importantes recursos energéticos
- La tecnología aprovecha la energía solar y eólica
- Alternativa de generación de energía nuclear a los combustibles fósiles
- Energía geotérmica
- Los humanos tienen que tomar una decisión
Se necesita mucha energía para nutrir una especie como homo sapiens. En los últimos siglos, esta especie ha surgido como una presencia global interconectada de una manera que, hasta donde la ciencia sabe, nunca antes había ocurrido en el planeta.
Los tipos de energía que los humanos necesitan incluyen electricidad para alimentar sus hogares e industrias, energía bioquímica para alimentar sus cuerpos y recursos combustibles para calor, transporte y producción industrial.
A gran escala, la capacidad de la tierra de proporcionar lo que los humanos necesitan depende de cinco fuentes principales:
Además, un importante suministro de energía para los humanos se deriva de los cuerpos en descomposición de los organismos que han florecido y muerto a lo largo de los eones. Sin embargo, a diferencia de los recursos enumerados anteriormente, este suministro es limitado.
Los combustibles fósiles impulsaron la revolución industrial
Los combustibles fósiles, que incluyen petróleo, gas natural y carbón, son en realidad otra forma de energía solar. Hace eones, los organismos vivos convirtieron la luz y el calor del sol en las moléculas a base de carbono que formaron sus cuerpos. Los organismos murieron y sus cuerpos se hundieron profundamente en el suelo y en el fondo de los océanos. Hoy, la energía encerrada en esos enlaces de carbono se puede liberar recuperando en qué se convirtieron sus restos y quemándolos.
El petróleo y el gas natural provienen del plancton marino microscópico que vivió hace millones de años. Murieron y se hundieron en el fondo de los océanos, donde la descomposición y otros procesos químicos los convirtieron en ceras. kerógeno y tarry betún. Los fondos oceánicos finalmente se secaron, y estos materiales fueron enterrados bajo la roca y el suelo. Se han convertido en las materias primas para la fabricación, gasolina, combustible diesel, queroseno y una gran cantidad de otros productos derivados del petróleo.
La forma tradicional de recuperar petróleo crudo del suelo es mediante perforación, pero fractura hidráulica, o fracking, se ha convertido en una alternativa moderna de uso frecuente. En este proceso, una mezcla de arena, agua y productos químicos potencialmente peligrosos se ve obligada a desplazarse al suelo para desplazar el petróleo. El fracking es un proceso costoso y tiene una serie de efectos nocivos sobre la roca madre, la capa freática y el aire circundante.
El carbón proviene de plantas terrestres que se asentaron en pantanos y pantanos y se convirtieron en turba. La turba se solidificó cuando el suelo se secó, y finalmente fue cubierta por rocas y otros escombros. La presión lo convirtió en la sustancia negra y rocosa quemada en muchas plantas industriales y centrales eléctricas. Todo esto comenzó a suceder hace unos 300 millones de años, cuando los dinosaurios deambulaban por la tierra, pero al contrario del mito popular, el carbón no es dinosaurios descompuestos.
Los ríos y arroyos son una fuente importante de energía
Durante milenios, los humanos han aprovechado la energía del agua para realizar trabajos, y en física, el trabajo es sinónimo de energía. Las ruedas de agua colocadas cerca de un arroyo o cascada han utilizado la energía generada por el movimiento del agua para moler granos, regar cultivos, aserrar madera y realizar una serie de otras tareas. Con la llegada de la electricidad, las ruedas de agua se han convertido en plantas de energía.
La turbina de agua es el corazón de una estación generadora de energía hidroeléctrica, y funciona debido al fenómeno de la inducción electromagnética, descubierta por el físico Michael Faraday en 1831. Faraday descubrió que un imán giratorio dentro de una bobina o cable conductor genera una corriente eléctrica en el bobina, y menos de 100 años después, el primer generador de inducción entró en funcionamiento en las Cataratas del Niágara.
Hoy, las plantas hidroeléctricas suministran alrededor del 6 por ciento de la electricidad que se consume en todo el mundo. La quema de combustibles fósiles para generar turbinas de vapor y spin, por otro lado, genera casi el 60 por ciento de la electricidad del mundo. La mayor parte de la energía hidroeléctrica es generada por represas, no por cascadas.
Una presa, como un arroyo o cascada, depende de la gravedad. El agua ingresa a un pasaje en la parte superior de la presa, fluye a través de una tubería que aumenta su energía y hace girar una turbina antes de salir cerca de la base de la presa. Dos de las represas hidroeléctricas más grandes del mundo son la Presa de las Tres Gargantas en China, que genera 22,5 gigavatios de energía y la Presa de Itaipú en la frontera entre Brasil y Paraguay, que genera 14 GW. La presa más grande de América del Norte es la presa Grand Coulee en el estado de Washington, que genera solo unos 7 megavatios.
Los océanos también son importantes recursos energéticos
Los océanos son uno de los recursos energéticos más importantes del mundo por dos razones. La primera es que tienen corrientes que, junto con los vientos, forman olas. Las olas se pueden convertir en electricidad. Debido a que son el resultado de las diferencias de temperatura causadas por el calor del sol, las olas y las corrientes que las forman son técnicamente una forma de energía solar.
El otro recurso energético en los océanos son las mareas, que son causadas por las influencias gravitacionales de la luna y el sol, así como por los movimientos de la tierra misma. También existen tecnologías para convertir la energía de las mareas en electricidad.
Las estaciones generadoras de olas aún no son convencionales, y el prototipo, que se desplegó frente a las costas de Escocia, genera solo 0,5 MW. Las tecnologías de onda disponibles incluyen:
Las centrales eléctricas de marea pueden usar el poder de las mareas entrantes y salientes para hacer girar directamente las turbinas. El agua es aproximadamente 800 veces más densa que el aire, por lo que si se coloca una turbina en el fondo del océano, los movimientos de las mareas generan una potencia significativa para hacerlas girar. Sin embargo, los sistemas de bombardeo de marea son más comunes.
Una barrera de marea es una barrera erigida sobre una cuenca de marea que permite que entre el agua de la marea ascendente, luego cierra y controla el flujo de salida de la marea baja. El mayor generador de este tipo es la central eléctrica de mareas del lago Sihwa en Corea del Sur. Genera unos 254 MW.
La tecnología aprovecha la energía solar y eólica
Dos de las formas más conocidas de generar electricidad de una manera que no dependa de la desaparición de combustibles fósiles y no generen contaminación son desplegar turbinas eólicas o paneles fotovoltaicos. Debido a que el sol es responsable de los diferenciales de temperatura que crean el viento, ambos son, estrictamente hablando, formas de energía solar.
Los generadores eólicos funcionan igual que los hidroeléctricos o de las olas. Cuando sopla el viento, hace girar un eje que está conectado por engranajes a una turbina de estilo de inducción generadora de energía. Las turbinas modernas están calibradas para proporcionar corriente alterna a la misma frecuencia que la corriente alterna convencional, lo que la hace disponible para uso inmediato. Los parques eólicos en todo el mundo suministran casi el 5 por ciento de la electricidad del mundo.
Los paneles solares dependen del efecto fotovoltaico, por el cual la radiación solar crea un voltaje en un material semiconductor. El voltaje crea una corriente continua que debe convertirse a CA al pasarla a través de un inversor. Los paneles solares solo generan electricidad cuando sale el sol, por lo que a menudo se usan para cargar baterías, que almacenan la energía para su uso posterior.
Los paneles solares representan quizás uno de los métodos más accesibles para generar electricidad, pero suministran solo una pequeña fracción de la electricidad del mundo, menos del 1 por ciento.
Alternativa de generación de energía nuclear a los combustibles fósiles
Estrictamente hablando, el proceso de fisión nuclear no es un fenómeno natural, sino que proviene de la naturaleza. La fisión nuclear se inventó poco después de que los científicos pudieron comprender el átomo y el fenómeno natural de la radiactividad. Aunque la fisión se usó originalmente para fabricar bombas, la primera planta de energía nuclear entró en funcionamiento solo tres años después de que explotara la primera bomba en el sitio Trinity en el desierto de Nuevo México.
Las reacciones de fisión controladas ocurren dentro de todas las centrales nucleares del mundo. Genera calor para hervir agua, lo que produce el vapor necesario para impulsar turbinas eléctricas. Una vez que comienza una reacción de fisión, necesita poco combustible para continuar indefinidamente.
Casi el 20 por ciento de las necesidades eléctricas del mundo son cubiertas por generadores de energía nuclear. Originalmente considerada una fuente barata de energía prácticamente ilimitada, la fisión nuclear tiene serios inconvenientes, entre los que se encuentra la posibilidad de fusión y la liberación incontrolada de radiación dañina. Dos accidentes bien conocidos, uno en la planta de energía de Rusia Chernobyl y otro en la instalación japonesa de Fukushima, han obviado estos peligros y han hecho que la producción de energía nuclear sea menos atractiva de lo que alguna vez fue.
Energía geotérmica
En el fondo de la corteza terrestre, las presiones y temperaturas son tan grandes que licúan la roca en lava fundida. Este material sobrecalentado recorre las venas de la corteza que ocasionalmente lo dirigen cerca de la superficie. Las comunidades en áreas donde esto ocurre pueden usar el calor para generar electricidad y proporcionar calor a sus hogares. Esto se llama energía geotérmica y, en algunos casos, se aumenta con materiales radiactivos en el suelo, que también generan calor.
Para hacer uso de la energía geotérmica, los desarrolladores perforan un túnel en la tierra en un sitio adecuado y hacen circular el agua a través del túnel. El agua calentada sale a la superficie como vapor, donde puede usarse directamente para calentar o hacer girar una turbina. En algunos casos, el calor se transfiere del agua a otra sustancia con un punto de ebullición más bajo, como el isobutano, y el vapor resultante hace girar las turbinas.
En su forma más simple, la energía geotérmica ha proporcionado curación y comodidad en los spas naturales y aguas termales durante el tiempo que ha habido personas que los frecuentan. Japón es uno de los países geológicamente más activos del mundo, y tiene una gran red de aguas termales naturales y una larga historia de remojo. Los expertos estiman que tiene suficientes recursos geotérmicos para satisfacer hasta el 10 por ciento de sus necesidades de electricidad, lo que hace que su potencial geotérmico sea el tercero en el mundo, solo por detrás de Estados Unidos e Indonesia.
Los humanos tienen que tomar una decisión
Algunos recursos son frágiles y están desapareciendo, y convertirlos en energía utilizable crea contaminantes que alteran el ambiente planetario. Otros recursos dependen solo de la dinámica solar y planetaria que promete permanecer sin cambios durante los próximos miles de millones de años. En el momento presente, la humanidad tiene que tomar una decisión urgente. Su supervivencia misma puede depender de su capacidad para cambiar su dependencia de la primera a la segunda en un corto período de tiempo.