Energías Renovables · 2019-05-10 · hincapié en ello ya no solo conveniente a nivel económico,...

Red de Escuelas de Aprendizaje

Energías Renovables

Red de Escuelas de Aprendizaje 1

Introducción 2

Energía Solar 8

Introducción 8

Recurso Solar 10

Aplicaciones 13

Destiladores de Agua 13

Secadores de Alimento 14

Horno Solar 14

Cocina Parabólica Solar 14

Central Termosolar 14

Colector solar de piletas 15

Paneles Solares 16

Tecnologías 18

Energía Solar Térmica 18

Energía Solar Fotovoltaica 20

Energía Solar Pasiva 22

Energía Eólica 24

Biomasa 26

Dendrificación 26

Biodiésel 28

Bioetanol 30

Biogas 32

1

©RedEscuelas. Todos los derechos reservados.

1. Introducción

En la actualidad, la humanidad se enfrenta a uno de los desafíos más grandes de toda su historia.

Este desafío se encarna a través de una palabra cada vez más mencionada, sustentabilidad, pero,

¿qué significa?

De acuerdo a la Organización de las Naciones Unidas y su conocido Informe Brundtland de 1987, se

define el desarrollo sostenible o sustentable como la satisfacción de las necesidades de la generación

presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias

necesidades.

Esto quiere decir que el concepto de sustentabilidad requiere que las generaciones actuales

entreguen a las generaciones futuras los recursos naturales que hoy utilizamos en igualdad o mejoría

de condiciones, es decir, sin que se hayan degradado.

Desde luego, sustentabilidad es un punto de equilibrio entre la

sociedad, la economía, y el medioambiente, ya que entre estos

tres grandes componentes de nuestra realidad, se define lo

equitativo o justo como conjunción entre la sociedad y la

economía, lo viable o rentable como conjunción entre la

economía y el medioambiente, y lo soportable o aceptable,

como conjunción entre la sociedad y el medioambiente.

No obstante, el medioambiente cumple un rol determinante

en el desarrollo sustentable. Primeramente, debe entenderse

que es clave hablar de desarrollo sustentable o sostenible, y no de desarrollo sostenido. Esto es así,

ya que desde el punto de vista material, es imposible satisfacer a partir de planeta finito, desde

luego enorme, pero con recursos acotados, un consumos de recursos o servicios medioambientales

infinitos.

Por ello, desarrollo sostenible implica el mejoramiento de calidad de vida de cada ser humano sobre

la Tierra, pero a un nivel compatible, o día a día más compatible, con las capacidades de nuestro

planeta.

En este último sentido, estamos precisamente embarcados en un estilo de vida claramente definible

como ‘’insustentable’’. En la actualidad, a través del concepto de ‘’huella de carbono’’, o nuestra

emisión de gases de efecto invernadero e impacto sobre el balance térmico de la Tierra, estamos

utilizando recursos naturales como si viviéramos en un planeta y medio.

Esto significa que año a año, generamos más impacto ambiental del que el planeta es capaz de

absorber y de compensar, y que como consecuencia de ello, múltiples ecosistemas se degradan a lo

2


largo y ancho del globo: bosques, mares, tierras de cultivos, la atmósfera misma, y un largo etcétera.

Por supuesto, esto último tiene que ver con todas las actividades del ser humano, como los

alimentos que ingerimos, la ropa que utilizamos, la forma de transportarnos hacia el trabajo o la

escuela, los residuos que generamos, y mucho más, pero fundamentalmente se encuentra vinculado

a la energía que consumimos, que es un insumo transversal a cualquiera de nuestras actividades.

Los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible, Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible. Se trata de una

agenda definida por la ONU hacia el 2030. 2 de los objetivos están íntimamente vinculados con la

energía.

La energía siempre ha sido un recurso de importancia capital para el ser humano. En nuestra más

temprana historia, esa energía provenía únicamente de nuestros alimentos, pero a través de las

eras, fuimos aprendiendo a utilizar otros recursos naturales, como el fuego, el viento, y el agua,

hasta que en los últimos 200 años, momento histórico conocido como Revolución Industrial,

comenzamos a utilizar petróleo, gas y carbón de formas inusitadas, posibilitando un desarrollo tanto

social como económico sin precedentes, y entre muchos guarismo posibles, esto queda evidenciado

por un hecho impresionante: en los últimos dos siglos, la población humana sobre nuestro planeta

se multiplicó por un factor de 7, mientras que el consumo energético per cápita, se multiplicó por

22. Es decir, no solo somos muchas más personas que hace 200 años, sino que consumimos, mucha,

realmente mucha, más energía.

3


Consumo energético mundial según procedencia en miles de barriles de petróleo por día

(1 barril ~ 1630 kWh) Fuente: Banco Internacional de Desarrollo. Año 2011

Desde luego, nuestro gran consumo energético, necesario para mantener nuestro estándar de vida

actual, no es intrínsecamente malo. No obstante, nuestra demanda actual de energía es cubierta en

un 80% a partir de petróleo, gas y carbón, combustibles fósiles no renovables, y no compatibles con

la salud de nuestro medio ambiente, fundamentalmente a través de la emisión de ingentes

cantidades de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero que contribuyen al Cambio

Climático y el Calentamiento Global, por ello, es fundamental que durante las futuras décadas se

implementen alternativas energéticas al status quo fósil actual, es decir, energías renovables.

Consecuentemente con lo antedicho, resulta muy interesante tomar como punto de partida la

siguiente fórmula:

Fórmula IPAT

Donde la letra I denota impacto, entendido como impacto ambiental en alguna unidad medible de

interés, por ejemplo, kilogramos de dióxido de carbono emitidos al medioambiente, metros cúbicos

de gas o kWh de energía eléctrica entre muchos otros ejemplos posibles.

Seguidamente:

P: Población, o el grupo de personas en análisis. La población total de nuestro planeta, la población

de nuestra ciudad, o los integrantes de nuestra familia.

4


A: Afluencia, denotando la cantidad de servicio medioambiental en concreto, por ejemplo, minutos o

litros de agua caliente requeridos para una ducha.

T: Tecnología energética utilizada y su requerimiento energético asociado, por ejemplo,

termotanque a gas, y sus metros cúbicos necesarios por cada litro de agua caliente generado.

Sobre población, un análisis demográfico de nuestra sociedad es extenso y complejo, con lo cual,

entendiendo esta dificultad, pero también enfocando nuestro análisis en acciones reales y concretas

que cada uno de nosotros pueda abordar desde su campo de acción individual, nos enfocaremos

específicamente en los elementos A y T.

Con lo cual, al hablar de Afluencia, debemos centrar nuestra atención en consumo racional y

eficiente de energía, entendiendo que la mejor energía de todas es aquella que nunca fue requerida,

y entendiendo al mismo tiempo que ser energéticamente eficiente no implica un menor confort o

una menor calidad de vida, sino ‘’hacer lo mismo con menos’’, es decir, consumiendo menos

energía, y logrando a su vez un ahorro económico y un beneficio medioambiental.

Distribución de del consumo energético nacional según sector. Fuente: Balance Energético Nacional

2014, Argentina.

Como idea general de la importancia de la eficiencia energética en nuestro país, es interesante

contemplar que el total del consumo energético residencial es del orden del 30% del país, y que por

consecuencia, si cada uno de nosotros en nuestras casas lograra ahorrar un 10% de energía, algo

sumamente posible, la Argentina entera se beneficiaría de un 3% de ahorro energético, de menor

impacto ambiental y de recursos económicos disponibles para otras servicios de importancia

también social.

¿Cómo sería posible llegar a ese 10%? Es amplia la bibliografía y los manuales disponibles con

consejos al respecto, pero básicamente, debemos enfocarnos en:

5


· Utilizar electrodomésticos y gasodomésticos de alta eficiencia. Esta eficiencia puede

determinarse a partir de la etiqueta de eficiencia energética actualmente presente en gran variedad

de dispositivos, como lamparitas, calefones, termotanques, heladeras, aires acondicionados, y

muchos otros. Y en concreto utilizar lámparas LED en vez de cualquier otra, o termotanques y

calefones de alta eficiencia, sin piloto, pueden ser dos acciones de importancia.

· Utilizar la energía de forma racional. En este caso, podemos hablar de ejemplos triviales

como no dejar luces prendidas o elementos de calefacción o refrigeración cuando no sean

requeridos, pero también cabe mencionar el consumo energético detrás de aquellos

electrodomésticos con funciones de stand by, o los cargadores de nuestros celulares o notebooks,

que tan solo con el hecho de estar conectados a la red eléctrica, consumen energía, en cantidades

siempre pequeñas, pero siempre aditivas, de forma tal que el conocido “consumo vampírico’’ de

nuestros hogares puede dar cuenta del 5% de toda nuestra electricidad, y es tan fácil de evitar como

desenchufando artefactos.

Como un último ejemplo concreto, para repensar nuestra cotidianeidad, y contemplamos los

momentos en el día en los cuales calentamos agua para prepararnos alguna infusión caliente, ya sea

median gas o electricidad, es muy común completar la totalidad del recipiente a calentar con agua, y

luego tomar una porción de él para llenar nuestra taza, cuando habría sido mucho más ahorrativo

calentar únicamente el volumen de agua a ingerir.

6


Consumo energético vampírico típico de diversos electrodomésticos

Fuente: www.standby.lbl.gov.

De tal manera que, entre la implementación de elementos eficientes, y su utilización racional, es

muy posible reducir nuestro consumo de gas y nuestro consumo de energía eléctrica, y hacemos

hincapié en ello ya no solo conveniente a nivel económico, sino también necesario a nivel

medioambiental, incluso si se piensa en la implementación posterior de energías renovables, ya que

no tendría sentido satisfacer, por el medio tecnológico que fuere, un consumo irracional, o

suboptimal de acuerdo a los estándares de la época.

Y con respecto a alternativas energéticas, o las actualmente conocidas como energías renovables

entre las diversas posibilidades, nos centraremos en los siguientes capítulos en energía solar, energía

eólica y energía de la biomasa.

Lo deseable de una fuente de energía renovable es que sea abundante, económica, concentrada,

segura, no contaminable, y en el sentido más amplio de la palabra, ‘’sustentable’’. Debe entenderse

en primera medida que no hay fuente de energía, así como actividad del ser humano, libre de

impacto ambiental alguno, y que en todo caso, el foco debe estar en que la energía reemplazante

sea menos contaminante que la energía reemplazada, y que los impactos ambientales sean

aceptables, con un horizonte de sustentabilidad y de mejora continua. En segunda medida, también

debe entenderse que en el imaginario de un mundo alimentado exclusivamente con energías

renovables, la respuesta no está en una energía individual, sino en el conjunto y la combinación de

todas ellas, aprovechando lo mejor de cada recurso disponible en cada lugar del mundo.

7


2. Energía Solar

2.1. Introducción

Nuestra estrella más cercana, conocida como

“El Sol”, es una enorme esfera de gas caliente.

Es tan grande que representa alrededor del

99% de la masa del Sistema Solar, es tan

caliente que su superficie se encuentra a 6000

ºC y su núcleo a 15 millones.

Desde una distancia de 150.000.000 de Km. de

la Tierra, el Sol nos irradia su energía en forma

de luz, y esta, luego de 8 minutos de viaje

llega a nuestro planeta y lo alimenta.

Esta energía solar nutre y sustenta a casi todas las formas de vida y a la vez mantiene en

funcionamiento los procesos climáticos. Se calcula, por ejemplo, que anualmente recibimos

alrededor de 6000 veces nuestra demanda energética total, lo cual implica una cantidad de energía

enorme. En este punto, podemos preguntarnos, ¿qué origina tanta energía?

Dentro del Sol, ocurren varias reacciones de fusión nuclear.

En el proceso principal, 4 átomos de Hidrógeno se combinan

para forma un átomo de Helio. La masa de cada nuevo átomo

de Helio, es apenas menor que la de los 4 átomos de

Hidrógeno que le dieron origen, es decir, el Hidrógeno

consumido pesa más que el Helio producido.

Esta masa consumida se transforma en energía, según la

famosa ecuación de Einstein, E = mc2, donde E es la energía

producida, m la masa consumida y c la velocidad de la luz,

300.000 Km/s, un número constante de gran valor.

El Sol es 332.000 veces más pesado que nuestro planeta y está compuesto aproximadamente por

73% de Hidrógeno y 25% de Helio. El 2% restante es repartido entre Oxígeno, Carbono, Hierro,

Nitrógeno y demás elementos.

8


A su vez, se estima que cada segundo, el Sol

transforma en energía, 4 millones de toneladas de

su masa, y esto es mucha energía. El Sol se formó

hace 4.600 millones de años y tiene combustible

para 5.000 millones de años más. Durante los

próximos 5.000 millones de años, seguirá

sustentando nuestro planeta manteniendo el ciclo

del agua, las estaciones, los vientos y la vida en él.

Dichosos aquellos que consigan domar su poder.

En los próximos capítulos, veremos cuáles son las diferentes tecnologías destinadas al

aprovechamiento de la energía solar.

¡Vamos a conocer más!

9


2.2. Recurso Solar

La radiación solar que llega a la superficie de la Tierra se reduce por varios factores, entre ellos, la

absorción por los gases de la atmósfera (dióxido de carbono, ozono, oxígeno, nitrógeno, etc.), la

difusión atmosférica (generada por las partículas de polvo y gotitas de agua), la reflexión en las

nubes y en la superficie terrestre. Teniendo en cuenta ello, se muestran valores de irradiancia

(W/m2) extraterrestre (antes de la atmósfera) para distintos meses en Buenos Aires:

En la gráfica podemos ver que los valores

alcanzados son superiores a 1000 W/m2. Luego,

los valores de irradiancia obtenidos en la

superficie son menores por dichas pérdidas. En

promedio, se pueden contemplar los siguientes

valores día, considerando las 24 hs del día, las de

sol, y las de noche también:

Fuente: 3TIER

Luego, considerando la inclinación que tiene nuestro planeta tierra, nos encontraremos con que el

recurso solar disponible será variable con las estaciones del año, siendo los meses de verano los de

mayor recurso, y los meses de invierno los de menor recurso. A continuación mostramos como varía

la irradiación (Wh/m2.año) anual en nuestro país:

10


Irradiación solar mensual media en Diciembre y Julio

Fuent: Grossi Gallegos

Recurso Solar.

Fuente: Gobierno de San Juan

11


En cada sitio, la energía solar llega por medio de tres mecanismos, que sumados dan la radiación

total obtenido en ese lugar. Esos mecanismos son:

1) Radiación directa: es aquella que se recibe directamente desde el sol, sin ser obstaculizada.

2) Radiación difusa: es aquella que llega a la superficie de la tierra tras su dirección desviada por un

obstáculo como los son las nubes, las partículas de polvo, las nubes de smog, entre otros.

3) Radiación reflejada: es aquella que se obtiene por el reflejo de la radiación solar en una superficie

espejada, como pueden ser lagos, lagunas, heliostatos, espejos, entre otros.

Dado que la radiación directa es la que proporciona mayor cantidad de energía, se busca que los

equipos captadores de la energía estén inclinados en la posición óptima para que los rayos incidan

de manera perpendicular. Eso variará en función de la latitud de cada localidad.

12


2.3. Aplicaciones

Como vimos, el recurso solar disponible es muy

grande, y hay muchas maneras de

aprovecharlo. A continuación veremos algunas

alternativas existentes, y los invitamos a pensar

en otras formas de aprovechamiento del sol

que tiene el sol, que no se han especificado

aquí.

2.3.1. Destiladores de Agua

Contenedores pintados de colores oscuros (negro

idealmente) que contienen agua, son expuestos al sol,

recibiendo la radiación directa, logrando evaporar el

agua. Luego , por medio de un diseño de captación del

agua que condensa tras su evaporación, es posible

obtener agua destilada a la salida del equipo.

13


2.3.2. Secadores de Alimento

Con un concepto similar al anterior, pero con una caja contenedora que permite el ingreso de la

radiación solar al captador, y evita su egreso, generando un efecto invernadero, es posible alcanzar

temperaturas más altas. Luego, con un cajón que contenga y acumule el calor generado, es posible

utilizarlo para un fin útil, como en el caso que se muestra. Por el equipo circula aire que se calienta

para secar los alimentos en el depósito acumulador.

2.3.3. Horno Solar

Avanzando con el análisis, es posible llegar a

temperaturas de hasta 250 °C utilizando espejos

orientados a la misma caja contenedora vista

anteriormente, pero con dimensiones para colocar

por ejemplo una olla. De esta manera, se trabaja

con los 3 tipos de radiación vistos, siendo la

radiación reflejada muy importante, agregando

superficie de trabajo.

2.3.4. Cocina Parabólica Solar

Se pueden alcanzar temperaturas aún más altas,

logrando freír alimentos, si se utiliza una

disposición parabólica de los espejos,

concentrando todas las radiaciones reflejadas en

un foco. Esta es la disposición que adopta una

cocina parabólica solar, cuyos tamaños rondan

típicamente en diámetros de 2m para lograr la

potencia equivalente de un horno eléctrico.

2.3.5. Central Termosolar

Para aplicaciones que requieren aún más temperatura,

como puede ser la vaporización de agua para generación

de energía eléctrica por medio de turbinas, existen las

plantas termosolares. Las mismas consisten en miles de

heliostatos (espejos) que direccionan los rayos del sol a

un punto que calienta el fluido de trabajo de la planta.

Puede alcanzar temperaturas de hasta 1.000 °C.

14


2.3.6. Colector solar de piletas

Dentro de los equipos de mayor aplicación, se encuentran los

denominados colectores solares de piletas, que se componen

básicamente de un material plástico, de color negro, por el cuál

circula agua bombeada desde una pileta, logrando calentar la

temperatura de la misma, y estirar las temporadas de uso. Se

caracterizan por lograr calentar el agua rápidamente para saltos

térmicos pequeños, y no llevan tanques acumuladores de energía

ya que usan la inercia térmica de la enorme masa de agua de las

piletas para almacenar la energía.

2.3.7. Colector solar de placa plana

Para aplicaciones de calentamiento de agua

domiciliaria, industrial y comercial, una alternativa es

la utilización de colectores solares de placa plana,

que logran saltos de temperatura más grandes que

los obtenidos por los colectores de piletas. Estos

sistemas son similares al secador de alimentos, pero

con circulación de agua en lugar de aire. Pueden

tener o no un tanque acumulador adosado,

preservando la temperatura lograda, gracias a la

aislación del mismo. Al mismo tiempo, puede

utilizarse en sistemas presurizados como también en sistemas atmosféricos.

2.3.8. Colector solar de tubos evacuados

Como alternativa al equipo de placa plana, se

encuentra la tecnología de tubos evacuados, que

también sirve para abastecimiento de agua caliente

sanitaria, y apoyo de calefacción. Estos equipos se

distinguen por estar constituidos por tubos de doble

capa de vidrio, que poseen vacío entre las capas.

Tienen un rendimiento similar al de placa plana, y

logran temperaturas de trabajo de 40 °C a 60 °C.

Pueden tener o no un apoyo de resistencia eléctrica,

de manera tal de garantizar al usuario un

abastecimiento seguro de agua caliente, sea cual sea

la condición climática.

15


2.3.9. Paneles Solares

Si nos olvidamos de los equipos que aprovechan la energía térmica que irradia el sol, y nos

focalizamos en los equipos que aprovechan su radiación para generar directamente energía

eléctrica, estaremos entonces pensando en paneles solares. Los mismos se componen de celdas

dopadas con átomos de Fósforo y Boro, que al recibir la radiación solar, se mueven por el

semiconductor formado por silicio y generan una diferencia de potencial. Si juntamos en serie una

determinada cantidad de celdas, tendremos un arreglo denominado panel solar, que entrega

corriente continua al exponerse a la radiación solar directa, difusa y reflejada. Luego, por medio de

sistemas de regulación y acumulación, es posible aprovechar dicha energía para abastecer distintos

consumos eléctricos.

Existen muchos tipos de celdas, pero las más utilizadas son las siguientes:

Silicio amorfo: No cristalinas, degradación temporal

considerable, bajo costo, baja eficiencia, se fabrican por deposición de vapor.

Eficiencia: 6 al 9%.

Silicio policristalino: Cristalinidad no uniforme. Se

fabrican por fundición. Eficiencia: 12 al 14%.

Silicio monocristalino: Un solo cristal. Se fabrica en

lingotes. Son las más producidas.

Eficiencia: 15 al 18%.

En cuanto a aplicaciones, es una tecnología muy versátil. A continuación mostramos algunos

ejemplos de la diversidad de aplicaciones que existen:

Planta Solar Agua Caliente, en Arizona, Estados

Unidos. 290 MW módulos capa delgada.

16


Nuna7, el automóvil solar ganador del World

Solar Challenge 2013, Australia.

Avión Solar Impulse, Estados Unidos.

LuminAID, lámpara solar LED para contextos sociales

vulnerados

Notebook solar “SOL”.

17


2.4. Tecnologías

2.4.1. Energía Solar Térmica

Como vimos previamente, la energía solar es producida por

el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión.

También vimos que nos proporciona cantidades enormes

de energía limpia y renovable.

En general se asocia a la energía solar directamente con la

conversión fotovoltaica y no con el poder termal del sol.

La energía solar térmica (o termosolar) aprovecha la

energía del Sol para producir calor que a su vez puede ser empleado para cocinar alimentos (horno

solar), producir agua caliente en nuestras casas (calentadores solares de agua), y también energía

eléctrica a gran escala.

Una planta de energía solar térmica o central

termosolar, utiliza la radiación del Sol para

calentar un fluido, como aire, agua, aceite o

sales fundidas, y usarlo luego en un ciclo

termodinámico para mover un generador

eléctrico y producir energía como en una

central térmica convencional.

Para que la central tenga un rendimiento

aceptable se necesitan temperaturas elevadas

(de 300 a 1000°C), por ello es necesario

concentrar la radiación solar. Esto se hace por

medio de espejos parabólicos o placas con orientación automática conocidas como helióstatos,

como se muestran en la imagen.

Se usan espejos parabólicos para concentrar la luz solar en

tubos que recorren la línea focal del canal de espejos. En

estos tubos circula un fluido de transferencia del calor, como

un aceite térmico sintético, el cual se calienta hasta 400°C

por los rayos solares concentrados y se utiliza para producir

vapor, que a su vez produce energía eléctrica en un

generador de turbina.

18


En cambio, los helióstatos se encargan de

concentrar la radiación en un receptor central

montado en lo alto de una torre. Nuevamente,

esta radiación concentrada es convertida en

energía térmica y usada posteriormente en un

ciclo de generación eléctrica.

También se puede usar un disco parabólico con forma de antena

para concentrar luz solar en un receptor ubicado en el foco de la

misma. El fluido del receptor se calienta a unos 750°C y se usa para

generar electricidad en un pequeño motor Stirling unido al receptor.

Esta antena es apropiada para aplicaciones independientes o

sistemas eléctricos aislados, con consumos del orden de KW.

La central termosolar puede garantizar capacidad energética ya

que en períodos de mal tiempo o durante la noche, puede operar

con combustibles convencionales o ecológicos para alimentar el ciclo termodinámico. También

pueden almacenar energía térmica durante el día en tanques con sal fundida caliente y utilizar luego

este calor cuando haga falta.

Las centrales tienen una vida útil cercana a los 30 años y su salida

de servicio conlleva poco impacto ambiental ya que la mayoría de

los materiales usados en su construcción, como el acero y el

cristal, se pueden reciclar y utilizar en nuevas centrales.

La electricidad solar térmica es una tecnología que ya ha

demostrado su enorme potencial como fuente masiva de energía

con pocos impactos ambientales.

El uso de ésta y otras fuentes de energía renovable es la mitad del

camino hacia un futuro sustentable, la otra mitad, es el uso

inteligente de la misma.

19


http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_Stirling

2.4.2. Energía Solar Fotovoltaica

En el capítulo anterior hemos visto el enorme

potencial que posee nuestro Sol como fuente

de energía. Vimos además como una planta

termosolar aprovecha esta energía para

generar calor y luego electricidad.

La radiación solar puede también ser

transformada directamente en energía

eléctrica utilizando celdas solares. La energía

producida de esta manera se conoce como

energía solar fotovoltaica.

Una celda es un dispositivo semiconductor que al recibir

radiación solar (fotones) se excita y provoca saltos

electrónicos, generando una pequeña diferencia de

potencial en sus extremos (cercana a 0,5 V), de acuerdo

con el efecto fotoeléctrico.

Un panel solar es la unidad básica de las instalaciones

fotovoltaicas. Contiene entre 20 y 40 células solares

montadas entre láminas de vidrio que las protegen del

clima. Su rendimiento está (actualmente) entre 15% y

25%, mientras que su vida útil entre 25 y 30 años.

Al igual que con la energía solar térmica, son posibles tanto las instalaciones aisladas de la red

eléctrica, cómo instalaciones conectadas a la misma y centrales de generación a gran escala.

Los sistemas aislados son instalaciones pequeñas, del orden de kilowatts. Son muy apropiadas para

suministrar energía a viviendas muy alejadas de la red eléctrica y ofrecen beneficios a residencias

urbanas. Existen muchos casos a nivel mundial de

aplicaciones fuera de la red, y particularmente en

Argentina también.

Un sistema aislado cuenta principalmente con paneles

solares, un grupo de baterías para almacenar la energía

generada, un regulador de carga para proteger a las

baterías y un inversor para convertir la corriente continua

(generada por los paneles) en corriente alterna (por

ejemplo de 220 V y 50 Hz).

20


http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico

Por otra parte, una central solar fotovoltaica conectada a red, genera energía eléctrica mediante

cientos de paneles solares y la transmite por la red de distribución a hogares e industrias. Estas

instalaciones proveen potencias de cientos de kilowatts o incluso megawatts. Recordemos que 1 kW

= 1.000 W, luego 1 MW = 1.000 KW, y finalmente 1 GW = 1.000 MW.

En este caso, el sistema interactúa directamente con la red eléctrica mediante un inversor y por lo

tanto no requiere almacenamiento de energía, y el mismo inversor se encarga de regular la entrega

de energía a la red. Estos inversores son distintos a los inversores de sistemas aislados.

En lugares de elevada radiación eléctrica, los paneles son montados sobre seguidores solares que

ajustan su posición continuamente con la finalidad de lograr el ángulo óptimo de incidencia lumínica.

De esta manera se obtiene un incremento en la producción energética considerable. Este tipo de

instalaciones con seguidores solares se utilizan y se justifican para grandes potencias instaladas, en

lugares de condiciones de radiación suficientes.

Otra manera de maximizar la energía producida (o de reducir costos) es implementar dispositivos de

concentración fotovoltaica. Concentrando luz solar mediante materiales reflectantes se puede

reducir la superficie total de paneles empleada.

Existe un futuro prometedor para la energía solar fotovoltaica. Los paneles solares alcanzarán

rendimientos más altos (del 50% o incluso más) y a la vez su costo de fabricación disminuirá. Para

que esta promesa se convierta en realidad es necesaria nuestra voluntad.

21


2.4.3. Energía Solar Pasiva

Mediante estrategias de arquitectura, un casa o edificio

puede aprovechar la energía solar de manera directa con sus

propios elementos constructivos, sin intermediarios como

bombas, ventiladores o paneles solares, y por tanto con nulo

(o a lo sumo muy poco) aporte externo de energía.

Esta es una forma muy antigua de aprovechar la energía del

Sol. Las casas solían diseñarse conforme al clima local,

aprovechando al máximo los rayos solares o protegiéndose de

ellos, según el clima sea frío o cálido.

La arquitectura solar pasiva busca confort y ahorro energético mediante aislamiento térmico,

orientación, vegetación, materiales de construcción y aberturas adecuadas.

Por ejemplo, siempre es conveniente instalar la mayor superficie vidriada orientada hacia el ecuador

para captar el sol en invierno y restringir al máximo las superficies vidriadas al sur para reducir las

pérdidas de calor. Además, el uso de ventanales herméticos proporciona mejor aislamiento térmico.

También es recomendable plantar árboles de hojas caducas en la cara norte de la vivienda para

bloquear el sol excesivo en verano y a su vez permitir el paso de la luz solar en invierno cuando

desaparecen sus hojas.

Como puede verse, muchas de estas técnicas de arquitectura pueden aplicarse a edificaciones ya

existentes.

Existen muchos sistemas de captación solar pasiva

muy variados e ingeniosos.

Una chimenea solar es un sistema de refrigeración

pasivo que genera una corriente natural de aire

fresco en las estaciones cálidas.

Una pared Trombe formada por una lámina de

vidrio aislante y una pared oscura de gran masa térmica, permite almacenar calor durante el día y

entregarlo durante la noche al generar una corriente convectiva de aire. De esta manera es posible

mantener una temperatura constante de 18 o 20 °C en el interior de la casa, tanto de día como de

noche.

22


http://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_solares_pasivos

http://es.wikipedia.org/wiki/Chimenea_solar

http://es.wikipedia.org/wiki/Muro_Trombe

Con un coste de construcción apenas un 10 % mayor al habitual, una edificación diseñada con

arquitectura solar consume hasta un 80 % menos de energía que una vivienda convencional. Este

ahorro se complementa perfectamente con las tecnologías solares activas que vimos en capítulos

anteriores, ya que el suministro de energía requerido es sustancialmente menor.

El concepto de energía solar pasiva puede ser también utilizado

para generar energía a gran escala mediante una torre solar. Esta

central cuenta con una chimenea (de 1000 m de altura), rodeada

por un gran colector de radiación solar (de cientos de metros de

diámetro) debajo del cual se calienta el aire del ambiente. Este

aire caliente se pone en movimiento por convección natural y

asciende por la parte central de la torre accionando numerosas

turbinas colocadas en la base de la misma.

Esta central es capaz de generar 200 MW con un rendimiento del

2 % sobre la totalidad de energía solar que la irradia. Este valor

aparenta ser muy bajo, pero teniendo en cuenta que trabaja con

aire caliente aproximadamente a 50 ºC, el rendimiento máximo

teórico (dado por el ciclo de Carnot) resulta cercano al 8 %.

Esta tecnología proporciona una fuente de energía renovable rentable en lugares donde la tierra sea

económica y la radiación solar alta. Su desventaja fundamental es su gran altura debido a la

complejidad constructiva que implica y la cantidad de materiales.

El concepto de energía solar pasiva nos enseña que desde un diseño inteligente de nuestras

construcciones puede lograrse una disminución significativa en nuestra huella ambiental,

acercándonos más, al camino de la sustentabilidad.

23


http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Carnot

2.5. Contexto Mundial y Nacional

En vista de todo lo aprendido, estamos en condiciones de conocer cuál es el contexto internacional

de la energía solar, tanto térmica como fotovoltaica. Nos encontraremos que su crecimiento se

condice con los desafíos energéticos que enfrenta la humanidad. Si analizamos la potencia instalada

con colectores solares, veremos que su aplicación es cada vez mayor, con un crecimiento sostenido

año a año, fundamentalmente impulsado por las instalaciones realizadas en China, y en menor

medida en EEUU, Alemania, Turquía e India entre los más relevantes.

Un fenómeno similar pero aún con mayor crecimiento se da en las aplicaciones de energía solar

fotovoltaica, también impulsados por las potencias de Asia, EEUU y Alemania.

24


Si analizamos el mercado nacional, nos encontraremos con que su aplicación tiene una tendencia

exponencial, con una creciente aplicación de sistemas solares térmicos para uso domiciliario tanto

en contextos rurales como urbanos, mientras que en el caso de los sistemas fotovoltaicos, la

aplicación se da en contextos rurales pero no así en los urbanos, ya que a pesar de haberse

sancionado la ley de generación distribuida, aún no se ha sancionado, limitando la aplicación de

sistemas fotovoltaicos on grid.

25


3. Energía Eólica

3.1. Introducción

El hombre ha aprovechado la fuerza del viento desde

tiempos muy antiguos. Nos permitió recorrer los

océanos, moler granos para proporcionarnos reservas de

alimentos, aceites, cortar madera y bombear agua para

riego o consumo humano. Los más antiguos molinos

accionados por el viento pueden situarse en Persia hace

3500 años. Su aplicación primordial era la sustitución del

trabajo animal y humano para fabricar harina.

La energía eólica es una forma indirecta de energía solar. Grandes masas de aire se calientan cuando

la radiación del Sol atraviesa la atmósfera. Naturalmente, según la región del planeta, alcanza mayor

o menor temperatura. El aire más caliente es menos denso y asciende, mientras una masa de aire

más fría, y densa, ocupa su lugar.

La intensidad y dirección de estos movimientos convectivos de aire conocidos por todos como viento

dependen del relieve continental, la altura, la vegetación, el color de la superficie, la presencia de

asentamientos urbanos o grandes masas de agua como mares y océanos. La dirección de estas

corrientes está también influencia por la rotación de la Tierra a través de la fuerza de Coriolis. Esta

produce un desvío del viento hacia la izquierda en el hemisferio sur y hacia la derecha en el

hemisferio norte, generando movimientos ciclónicos de aire que se desplazan desde zonas de alta

presión atmosférica a zona de baja presión.

3.2. Recurso Eólico

La energía que porta un viento depende fuertemente de su velocidad. Por ejemplo, una suave brisa

de 12 Km/h porta una energía de 10 W/m2, mientras que un temporal fuerte con vientos de 90

Km/h contiene aproximadamente 1900 W/m2. Este rango de velocidades es el aprovechable por la

mayoría de las máquinas eólicas

La ecuación de potencia que porta el viento se desprende de un análisis de energía cinética del fluido

involucrado, en este caso aire, que demuestra que la energía que posee el viento depende de 2

factores ambientales, que son la densidad del aire y su velocidad de viento, y adicionalmente

depende de un tercer factor que es el área de barrido de las aspas, que es un factor que depende de

la máquina en cuestión. Entonces, la potencia que recibirá una instalación de molinos eólicos

dependerá del lugar donde se la ubique, y del tamaño de la máquina que se utilice, puntualmente, el

área barrida por sus enormes aspas. Eso explica la diversidad de tamaños existentes en el mercado,

que van desde pequeños aerogeneradores con diámetros de aspas de 2 metros, hasta equipos de

alta potencia que tienen 100 metros de diámetro.

26


http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Coriolis

Relación de parámetros para el cálculo de potencia que recibe

una máquina eólica, donde P es la potencia, ᵨ la densidad del

aire, A el área barrida por las aspas y v la velocidad del viento

Como dijimos, para “cosechar” esta energía se

utilizan aerogeneradores, que son esencialmente

generadores eléctricos accionados por aspas

movidas por el viento. La teoría de estas

máquinas (teoría de Betz) establece que la

cantidad máxima de energía obtenible es el 60%

de la que porte el viento que pase a través de

ellas. Este valor en la práctica se reduce al 30%

debido a pérdidas aerodinámicas, pérdidas de

energía en los componentes mecánicos rotantes y

pérdidas en la generación y conversión eléctrica.

Se puede reducir el proceso de transformación de la energía que realiza el molino de la siguiente

manera:

Energía cinética Energía Mecánica

Energía Eléctrica Consumos eléctricos

27


http://en.wikipedia.org/wiki/Betz'_law

Los motores eléctricos típicamente funcionan con rotores compuestos por imanes de alta potencia, y

estatores que llevan el bobinado. Luego, en función de la cantidad de vueltas que tiene el bobinado,

las revoluciones por minuto que alcanza la máquina y la intensidad del flujo magnético, se pueden

diseñar máquinas de distinta tensión, que sirvan para sistemas con acumulación de energía, o bien

para sistemas que inyectan su energía directamente a la red.

Como se mencionó, el recurso eólico depende fundamentalmente de la velocidad promedio que

exista en un lugar de interés. Será entonces necesario poder conocer de manera estadística dichas

velocidades promedios. Los sitios se caracterizan en función de dicho valor, que se mide en m/s.

Para instalaciones de baja potencia (entre 200 W y 10 kW) que se realizan a alturas de 10 metros

aproxiamadamente, se consideran vientos útiles aquellos que superan los 4,5 m/s como media

anual. Para alta potencia (equipos superiores a 500 kW) las torres ascienden a alturas que llegan

hasta 100 metros, y lo valores de velocidad de viento promedio típicamente van desde 6 m/s a 10

m/s, teniendo enormes cantidades de energía que ingresan a través de las aspas.

Es importante conocer el recurso de un lugar antes de realizar una instalación, por lo que se utilizan

mediciones estadísticas para los distintos sitios. Se recomienda visitar la página del SIGEolico, donde

es posible conseguir datos locales de velocidades promedio de viento, rosa del mismo (direcciones

predominantes de viento) y valores de la densidad del aire en el sitio. Se muestra a continuación la

interfase del programa:

28


http://sigeolico.minem.gob.ar/frameset.php

Desde luego, existen también mapas de vientos promedio anuales de todo el país, como el que se

muestra, que sirven para tener una primer impresión del recurso en las distintas zonas geográficas,

aunque realmente varía en función del relieve local, siendo necesario conocer un aproximación más

localizada

29


3.3. Aplicaciones

Según su aplicación, los equipos se diferencian entre molinos de bombeo mecánico,

aerogeneradores de baja potencia, y aerogeneradores de alta potencia. Existe un mercado de

equipos de media potencia, aunque es menor al de los otros tres mencionados. Los principios de

funcionamiento para todos los casos son los mismos, pero al cambiar la escala, cambia la aplicación.

3.3.1. Molino de bombeo mecánico

El mismo es una de las tecnologías más utilizadas para bombeo a

lo largo y ancho de la Argentina, con gran aplicación rural debido a

su sencillez, robustez y bajo costo operativo. Se caracteriza por

tener una veleta que orienta al equipo frente al viento, y una gran

cantidad de palas que permiten descomponer a la energía en

fuerza de bombeo, a costa de obtener bajas revoluciones.

3.3.2. Aerogenerador de baja potencia

A diferencia del

equipo de bombeo mecánico, se caracteriza por

tener menor cantidad de palas, logrando mayor

cantidad de revoluciones por minuto, que se

transforman en mayor cantidad de energía

generada. Típicamente se utilizan en sistemas con

acumulación de energía, aunque también es posible

inyectar su energía directamente a la red

3.3.3. Aerogenerador de

alta potencia

Su tamaño es mucho más grande que los equipos de baja

potencia, y entregan su energía a la red, aportando al

sistema eléctrico nacional.

30


3.4. Tecnologías

Los aerogeneradores pueden clasificarse principalmente según su potencia, ubicación y la

disposición de su eje de rotación.

Cuanto mayor sea el tamaño de sus hélices, mayor energía son capaces

de producir. Existen desde pequeños aerogeneradores de 500 W y 1m

de diámetro de aspas (aplicables en la generación particular de

energía), hasta inmensas máquinas de 3.500 KW. y 80 m de diámetro

de aspas utilizados en parques eólicos.

Según la disposición del eje de rotación, los aerogeneradores pueden

ser horizontales o verticales, como la clásica torre con tres aspas o el

generador Savonius respectivamente. Un generador vertical es fácil de

montar y de mantener, no requiere de torre o mecanismo de

orientación y son capaces de trabajar con bajas velocidades de viento.

Su principal desventaja es su baja eficiencia en comparación con los

horizontales.

Energía eólica marina o energía eólica terrestre es una tercera clasificación que surge de la ubicación

del aerogenerador. En alta mar, a una distancia de 30 Km de la costa, los vientos son más potentes y

constantes, ideales para la generación eléctrica. El principal inconveniente de estas turbinas,

flotantes en el mar y ancladas a su lecho, son las dificultades técnicas para su montaje,

mantenimiento y transporte submarino de energía. Todo ello redunda en un mayor costo por KW.

Como ya es bien sabido, el viento es un recurso renovable,

una alternativa no contaminante al uso de combustibles de

origen fósil, una fuente de energía amigable con el medio

ambiente y cada día más competitiva en términos

económicos.

La energía eólica es un recurso mundial de enorme valor.

Sus recursos mundiales se estiman en 50000 TWh/año.

Hasta ahora, la cantidad de energía producida por estos

medios asciende a 437.000 MW .Es indudable que aún hay

mucho recurso por utilizar, como siempre, de nosotros

depende hacerlo.

Al igual que en la energía solar fotovoltaica y de manera

análoga, las instalaciones eólicas pueden ser off-grid (sin

acceso a la red, con acumulación de energía en baterías) u

on grid (entregan su energía a la red)

31


3.5. Contexto Mundial y Nacional

El contexto de la energía eólica mundial tiene muchas semejanzas con el de la energías solar, con la

diferencia de que la tecnología eólica tiene aún más potencia instalada que la tecnología solar al día

de hoy. Como vimos en el primer capítulo, las energías renovables son una alternativa sustentable

para el desarrollo energético del hombre, abriéndose entonces un mercado de enorme interés que

al día de la fecha ha alcanzado precios muy competitivos con las alternativas. En la siguiente gráfica

se muestra la potencia instalada año a año en la última década:

Como anticipamos, nos encontramos con que el número de potencia total instalada supera al de la

energía solar fotovoltaica, y eso se debe a que las máquinas eólica tienen rendimientos más altos,

alcanzando mejores precios por unidad de energía USD/MWh.

Dicho crecimiento exponencial, también ha sido impulsado por China, Alemania y EEUU, que son

quienes han apostado a las energías renovables como fuente de generación eléctrica, y han

desarrollado un mercado que permite al resto de los países ingresar y abastecerse de sus productos.

En la siguiente gráfica se muestra la potencia instalada por cada país año a año:

32


Se espera que el crecimiento siga siendo exponencial en los próximos años.

En el caso de Argentina, el mercado comenzó a crecer tras la aprobación de la ley nacional número

27.191, que ha permitido alcanzar condiciones de mercado y obligar a los privados a invertir en la

tecnología. Se espera que al año 2025 el 20% de la matriz eléctrica nacional, sea provista por fuentes

renovables, entre ellas eólica. A la actualidad, año 2018, el 3% de la matriz es provista por energías

renovables, siendo la energía eólica la de mayor aplicación en alta potencia.

33


4. Biomasa 4.1. Dendrificación

El mundo no siempre dependió del petróleo.

Durante mucho tiempo y hasta la revolución

industrial, la bioenergía ha cubierto nuestras

necesidades energéticas tanto a nivel hogareño

como industrial.

Bioenergía es la energía renovable obtenida de

materiales biológicos. Esta energía puede

producirse mediante materia viviente (cultivos,

árboles, algas o microorganismos) o por el

aprovechamiento de residuos orgánicos generados por seres vivos, nosotros incluidos, por supuesto.

El material biológico utilizado como combustible en la producción energética es conocido como

biomasa. El origen de esta materia se da en el propio ecosistema comenzando con la fotosíntesis,

cuando seres vegetales concentran energía solar en enlaces químicos.

Si bien los combustibles fósiles

son también derivados de

materia orgánica, necesitan

millones de años para su

generación y por lo tanto no son

renovables en una escala de

tiempo útil al ser humano y

sumado a esto, su combustión

genera un desbalance en los

niveles de CO2 atmosféricos.

En cambio, siempre que su

consumo sea sustentable, la

biomasa es neutra en CO2 ya que

cuando se combustiona, esta libera el dióxido de carbono absorbido durante su crecimiento

Los cultivos energéticos destinados a producir biocombustibles como biodiesel o bioetanol, los

microorganismos, los residuos orgánicos urbanos o industriales, así como también agrícolas y

ganaderos forman parte de la gran diversidad de fuentes aprovechables para el desarrollo de una

bioindustria sustentable capaz de producir energía y productos manufacturados como plásticos

biodegradables, adhesivos, lubricantes etc.

34


Según la fuente de donde provenga, la biomasa puede ser aprovechada mediante combustión

directa, fermentación (biogás y bioetanol), reacciones químicas de transesterificación (biodiesel),

pirolisis, gasificación y pelletización.

Una central de biomasa produce energía eléctrica

utilizando como combustible materia orgánica como leña,

ramas, paja, bagazo de caña, etc.

Primeramente, la biomasa es quemada en calderas con el

propósito de hervir agua y generar vapor a alta presión.

Por otro lado, los gases de combustión son tratados y

evacuados por una chimenea hacia la atmósfera.

Al igual que en las centrales tradicionales, el vapor mueve una turbina conectada a un generador y

este a su vez transforma la energía mecánica de su movimiento en energía eléctrica.

La bioenergía es una fuente de energía completamente renovable y mucho más limpia que la fósil ya

que produce menor contaminación ambiental.

Utiliza materiales muchas veces considerados como “basura” y puede ser producida de manera

local, con una gran variedad de fuentes, generando muchas áreas energéticamente autosuficientes.

Como principal inconveniente, la bioenergía no necesariamente representa sustentabilidad y por

ello se necesita medir estrictamente su desempeño, para que el equilibrio entre consumo y

producción se mantenga.

En conclusión, la bioenergía es recurso alternativo con un futuro prometedor, que amerita

planificación adecuada para obtener beneficios y evitar riesgos.

35


4.2. Biodiésel

Biodiésel es un combustible destinado a motores Diésel realizado a

partir de fuentes renovables de carbono. Con propiedades similares a

las del gasoil, puede ser mezclado en cualquier proporción con este

para ser usado en motores Diesel convencionales.

Puede ser fabricado a partir de una gran variedad de aceites vegetales

o grasas animales, previamente usadas o no. Las materias primas

utilizadas convencionalmente son aceites de semillas oleoginosas

como girasol, soja, colza, coco y palma.

El aceite usado es una materia prima con interesantes perspectivas productivas por ser una fuente

económicamente conveniente y por representar la reutilización de un residuo contaminante.

Naturalmente, implica dificultades logísticas y requiere de tratamientos previos, por tratarse de un

residuo.

Mediante un proceso de fabricación más complejo, grasas de animales, como vaca, pollo y pescado

son también aprovechables. El biocombustible así obtenido es de similares características que el

biodiésel vegetal, con la excepción de que a partir de los 15ºC comienza a solidificar (problema

fácilmente solucionable si se lo mezcla con biodiésel vegetal o gasoil).

Un cuestionamiento muy fuerte a la producción de biodiésel mediante aceites vegetales vírgenes es

la utilización de cultivos y zonas con potencial alimenticio para fines energéticos (aproximadamente

una hectárea cada 800 litros de biodiésel). Como solución a esta dicotomía, se encuentran en

desarrollo tecnologías destinadas a producir lípidos de composiciones similares a los aceites

36


http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel

vegetales mediante microorganismos como bacterias, hongos y algas. Esta alternativa conocida

como “biodiésel de segunda generación”, promete un muy alto rendimiento productivo, en poco

espacio, a bajo precio, y con un balance de CO2 marcadamente positivo, ya que el cultivo de

microorganismos consume grandes cantidades de este gas.

Existen también en desarrollo tecnologías de “tercera generación” capaces de producir

biocombustibles a partir de materiales celulósicos de poco valor comercial y sin aplicaciones

alimenticias como residuos de madera, aserrín, y pastos.

El proceso de producción de biodiésel se basa en la reacción de transesterificación.

Los aceites, están compuestos principalmente por moléculas denominadas triglicéridos, a su vez

formadas por tres ácidos grasos y una molécula de glicerina. La transesterificación consiste en

reemplazar la glicerina por alcohol ligero, como metanol o etanol, de forma que se produzcan

esteres metílicos o etílicos de ácidos grasos (biodiésel por definición) y glicerina como subproducto.

La transesterificación puede alcanzarse mediante diversos procesos industriales, por ejemplo,

calentando la mezcla de aceite y alcohol (entre 40 y 60ºC) en presencia de hidróxido de sodio o de

potasio como catalizador.

Vías alternativas de producción implican aplicar presiones muy altas a la mezcla para generar la

reacción (alternativas que no requiere catalizador) o el uso de enzimas o ultrasonido.

Como ejemplo de rendimiento, a partir de una tonelada de soja, pueden obtenerse cerca de 140 Kg

de biodiésel, 840 Kg de alimento para ganado y 20 Kg de glicerina, utilizables como materia prima

industrial.

En conclusión, este biocombustible es una alternativa

mucho menos contaminante que el petrodiésel.

Es completamente biodegradable, neutral en dióxido de

carbono y reduce de forma importante las emisiones de

monóxido de carbono, compuestos de azufre e

hidrocarburos policíclicos aromáticos.

Como caso particular de bioenergía, su producción no

necesariamente implica sustentabilidad ya que puede

generar deforestación y desertificación. Tampoco es un

problema menor el impacto social y económico que el mercado de los cultivos energéticos puede

provocar, principalmente en países en vías de desarrollo. Respecto a esto, los biocombustibles de

segunda generación, producidos a partir de biomasa no comestible, serán una tecnología crucial.

37


http://es.wikipedia.org/wiki/Transesterificaci%C3%B3n

4.3. Bioetanol

Es posible utilizar alcohol etílico o etanol como

combustible para motores de una gran variedad

de vehículos. Puede ser mezclado directamente

con nafta o diésel originando combustibles

comerciales conocidos como “alconafta” y

“E-Diésel”. Bajo la forma de ETBE, puede ser

utilizado como aditivo de naftas para mejorar su

octanaje.

En vista al futuro, es también una alternativa prometedora para alimentar vehículos impulsados

mediante pilas de combustible, dónde la energía química del etanol pueda ser convertida

directamente en energía eléctrica con un alto rendimiento energético y con vapor de agua como

única emisión a la atmósfera.

Cuando el alcohol etílico es obtenido por medio de biomasa, una fuente renovable de energía, se lo

conoce como “bioetanol”, y al igual que el biodiesel, puede representar una alternativa sustentable

al consumo de combustibles fósiles.

El bioetanol es un combustible obtenido a partir de la fermentación microbiana de azúcares

encontrados en la materia vegetal (en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa, celulosa y lignina)

y generados durante la fotosíntesis a partir de agua, nutrientes, dióxido de carbono atmosférico y

energía solar.

Para su producción, son utilizables como materia prima cultivos ricos en sacarosa (caña de azúcar,

remolacha, sorgo dulce), cultivos con alto contenido de almidón (maíz, papa, mandioca) y sustancias

con alto contenido de celulosa como madera, restos de cosechas y pastos.

Durante la producción de bioetanol, las materias primas son primeramente acondicionadas por

limpieza y molienda para luego ser introducidas en el proceso de “licuefacción y sacarificación”

donde los distintos carbohidratos contenidos en la biomasa son transformados en azúcares

digeribles por microorganismos.

Según la complejidad del tipo de azúcar, el tratamiento previo puede ser más o menos sencillo. Por

ejemplo, en el caso de la sacarosa, este no es requerido, mientras que, trabajando con almidón, son

necesarias reacciones enzimáticas. Por otra parte, si se trabaja con carbohidratos complejos como

hemicelulosa, celulosa y lignina se recurre a tratamientos más agresivos con ácidos a altas

temperaturas.

El proceso continúa con la etapa de fermentación, donde los microorganismos se alimentan del

azúcar y producen etanol como subproducto. El etanol así tiene un gran contenido de agua (cerca

38


del 90%), por lo tanto es posteriormente purificado mediante destilación (hasta un 95 % de pureza)

seguida de deshidratación, alcanzándose un 99 % de pureza y quedando apto para motores de

combustión.

Antes de ser comercializado como combustible, el etanol suele ser “desnaturalizado” mediante un

pequeño agregado de nafta, con el objetivo de que no pueda ser utilizado para consumo humano.

Una alternativa muy interesante y menos controversial que los cultivos

energéticos es el uso de residuos orgánicos agrícolas, forestales, industriales y

urbanos con alto contenido en biomasa celulósica. Si bien estas materias son

abundantes, baratas y constituyen un problema en si mismo, su conversión en

azúcares fermentables es un proceso complejo que amerita mayor desarrollo

tecnológico a fin de optimizar consumos energéticos durante la producción.

Bioetanol de “segunda generación” puede ser producido a partir de algas

verdeazuladas, utilizando principalmente luz solar, agua salada y abundante

dióxido de carbono. Lo destacable de esta tecnología es que no requiere de

superficies cultivables, agroquímicos, pesticidas o agua potable para generar un

combustible sustentable, económico y con balance energético muy positivo.

El bioetanol es un producto biodegradable y de baja toxicidad. Neutral en gases de efecto

invernadero, producible localmente en muchas partes del mundo y a partir de múltiples recursos, es

una alternativa más al consumo de combustibles derivados del petróleo.

Por provenir de un recurso renovable, pero agotable a escala local, el bioetanol de primera

generación no debe ser pensado como una solución total e incuestionable a los problemas

medioambientales actuales. Conocer el desempeño productivo es fundamental.

39


4.4. Biogas

El biogás es un combustible gaseoso producido a partir de

biomasa, una fuente renovable de energía. Es generado

por descomposición biológica de materia orgánica y está

compuesto principalmente por metano (entre un 40 y 70

%) y dióxido de carbono (entre un 25 y 40 %). Contiene

también otros compuestos, como vapor de agua,

hidrógeno, nitrógeno y ácido sulfhídrico, aunque todos en

bajas proporciones (5%).

El metano es también el principal componente del gas

natural (90%), una fuente de energía fósil. Se trata de un gas combustible, incoloro e inodoro, cuya

combustión completa emite solamente dióxido de carbono y agua. Puesto que es también muy

contribuyente al calentamiento global, su emisión directa (sin quemar) a la atmósfera debe ser

evitada.

Debido a su contenido en metano, el biogás tiene un poder calorífico algo cercano a la mitad del que

posee el gas natural. Por ejemplo, un biogás con un contenido en metano del 60% tiene un poder

calorífico de unas 5.500 kcal/Nm3.

Este combustible es producido en la naturaleza constantemente en los pantanos, cuando vegetación

asentada en el fondo de los mismos es digerida anaeróbicamente (en ausencia de oxígeno) por

microorganismos.

El biogás puede ser producido a partir de la materia orgánica contenida en residuos agrícolas,

forestales, ganaderos, efluentes industriales y urbanos. Aguas residuales domésticas, desechos de

comida, estiércol, aserrín y restos de cultivos, son sólo algunos ejemplos de biomasa aprovechable.

40


http://es.wikipedia.org/wiki/Metano

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural

http://es.wikipedia.org/wiki/Poder_calorifico

De igual modo que en la naturaleza, este combustible puede ser generado en rellenos sanitarios y en

biodigestores industriales o domésticos.

Un biodigestor es un recinto cerrado donde se realiza el proceso de generación de biogás. Similar a

los intestinos animales, su objetivo es el de mantener un ambiente controlado, homogeneizado

mediante agitación, libre de oxígeno, de temperatura (cercana a los 40ºC) y pH (cercano a 7)

adecuados para que bacterias metanogénicas provenientes de la materia orgánica puedan

desarrollarse y producir biogás mientras lo hacen.

El biodigestor puede ser cargado continuamente, semicontinua o por lotes.

Trabajando por lotes, se carga todo de una sola vez y se los descarga una vez agotada la materia

prima. Como en este caso, la cantidad de biogas producido resultaría fluctuante, se instalan varios

digestores en paralelo y se los carga de forma alternada. Un tanque de almacenamiento de gas

permite disponer del combustible producido en todo momento.

Cuando el digestor es de carga semicontinua, todos los días se carga una cantidad dada de biomasa

mezclada con agua, y del digestor sale un volumen de lodos equivalente. De esta manera se genera

biogás de manera continua.

A su vez, un biodigestor continuo suele ser usado para grandes instalaciones, principalmente

destinadas al tratamiento de aguas residuales, dónde las capacidades requeridas son muy altas.

Cuando el proceso de biodigestión termina, no sólo genera combustible, sino también un

biofertilizante similar al humus que penetra fácilmente en el suelo y actúa como mejorador.

41


El biogas puede ser utilizado en centrales eléctricas de cogeneración para producir energía eléctrica,

también como fuente de calor doméstico e industrial, como combustible para motores y pilas de

combustible. Según la aplicación, el biogás requerirá de tratamientos especiales que lo purifiquen y

lo despojen de su contenido de vapor de agua y ácido sulfhídrico.

Este biocombustible ofrece varios beneficios medioambientales. Usa para su producción materiales

considerados como basura, siempre disponibles, y que son problemáticas por sí mismas. A la vez

puede ser producido en muchas partes del mundo y atendiendo a demandas locales, promoviendo

un consumo energético descentralizado.

Como contrapartida, y a nivel económico, las instalaciones necesarias para su producción implican

una gran inversión y varios años para su recupero (especialmente en lugares donde el gas natural es

económico), lo que puede no justificar su implementación.

Si dejamos el análisis económicos aparte, una tecnología que aproveche y a la vez resuelva el

destino de parte de nuestros residuos, debe ser muy tenida en cuenta.

42


Energías Renovables · 2019-05-10 · hincapié en ello ya no solo conveniente a nivel económico,...

Documents

Transcript of Energías Renovables · 2019-05-10 · hincapié en ello ya no solo conveniente a nivel económico,...