10 – Necesidades energéticas y mineralesCiencias de la Tierra y MedioambientalesIES Montes de Toledo

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Recurso: cantidad total que hay en la Tierra de uno determinado

Renovables

• Energía solar• Viento• Mareas

No renovables

• Combustibles fósiles

• Minerales• Suelo fértil

Potencialmente renovables

• Agua y aire limpios

• Bosques• Peces• Etc.

Se consideran reservas, aquella parte de los recursos cuya localización y cantidad se conocen detalladamente, y cuya explotación resulta económicamente rentable con la tecnología disponible.

ROCAS INDUSTRIALES

Áridos y otros materiales

Minerales industriales

Ambientes lacustres: siderita

Arenas y estratos de arenisca: cuarzo

Depósitos fluviales: oro, plata, platino

Suelos lateríticos:

bauxitaCuencas

evaporíticas: yeso, halita,

silvina

Fondos oceánicos: nódulos de pirolusita

Filones hidrotermales y aureolas metamórficas de contactos: blenda, pirita,

galena, cinabrio, calcopirita

Rocas plutónicas: magnetita, hematites, casiterita, uraninita

Chimeneas

volcánicas:

diamante Meteorización de

rocas endógenas:

limonita, cuprita, pirolusita

Minerales industriales

Los minerales de los cuales se extrae un metal, se conocen como menas

Los restos del mineral que no tienen interés económico se denominan escorias, y se acumulan junto a las explotaciones

Metal Menas Algunas utilidades

Aluminio Bauxita Construcción, industria de aviones y automóviles.

Hierro Magnetita, hematites, limonita, siderita,pirita. Lateritas.

Muy importante en la industria. Se usa para fabricar acero (con carbono) y acero inoxidable (con cromo y níquel)

Manganeso Pirolusita Usado en la producción de acero y pinturas.

Cromo Cromita Se usa en la producción de acero inoxidable, para fabricar ladrillos refractarios (resistentes al fuego) y pinturas.

Titanio Ilmenita Se utiliza en la fabricación de aviones, pinturas y para fabricar prótesis óseas.

Cobre Calcopirita, cuprita, malaquita, azurita Se usa para fabricar cables. También para fabricar latón (con cinc) y bronce (con estaño).

Plomo Galena Utilizado para fabricar cañerías, emplomar vidireras, fabricar baterías y se añade a la gasolina como antidetonante.

Cinc Blenda Se utiliza para fabricar latón y en el galvanizado del hierro o el acero para protegerlos de la corrosión.

Estaño Casiterita Se usa en la construcción del fuselaje de los aviones y para soldar. También para obtener bronce.

Plata Plata nativa, diversos minerales argentíferos Usada en la industria fotográfica, en joyería, …

Oro Oro nativo Se usa principalmente en joyería y como referencia en los sistemas monetarios.

Mercurio Cinabrio Utilizado en la construcción de termómetros y en industrias papeleras o de plásticos.

Uranio Uraninita Combustible de centrales nucleares.

MINERAL APLICACIONES

Carbón (realmente es una roca) Obtención de energía

Pirita (FeS2) Obtención de ácido sulfúrico

Calcita (CaCO3) Obtención de productos químicos, óptica, etc

Apatito (Ca5(PO4)3(F,Cl)Silvina (KCl) Fertilizantes

Halita (NaCl)Conservante, condimento, deshielo en

caso de nevadas, etc.

Talco (Si4O10Mg3(OH)2) Pintura, industria papelera y cosmética, etc.

IMPACTOS DE LA EXPLOTACIÓN MINERA

ImpactosMinería

Polvo

Ruidos

Aguas subterráneas ysuperficiales

Vertidos de crudo

Pérdidasuelo

Geomorfología

paisaje

Ecosistemas

Social

EIA en explotaciones minerasLa legislación española obliga a

realizar un estudio de impacto ambiental:

Previo a la construcción de la mina Durante la explotación Una vez abandonada la explotación

(restauración del paisaje)

Impactos de cantera

Pérdida de suelosImpacto paisajísticoContaminaciones acústicas

(explosiones, paso de camiones, …)Polvo

Impacto de graveraPérdida de sueloPosible alteración de la

dinámica de los acuíferosPosible contaminación de

acuíferos (vertederos)Alteración cauces fluvialesImpacto paisajístico

Impactos mina a cielo abierto

Posible alteración de la dinámica de acuíferos

Contaminación acuíferos (acidificación por lavado)

Gran impacto paisajístico

Impactos mina subterráneaLavado de minerales y

acumulación de escorias generan aguas contaminadas

Impacto paisajístico por acumulación de escombros

Medidas preventivasProgramar explosiones en

épocas de no anidaciónRecogida de aceites usadosRegar las pistas de accesoPoner cintas transportadoras

Medidas correctorasRellenar los huecos con los restos

de las escombrerasReforestación con especies

autóctonasRetirar los suelos conservando su

estructuraDiseño previo de la explotación

(impacto visual)

FUENTES DE ENERGÍA

Clasificación de energíasCombustibles fósiles

◦ Petróleo◦ Carbón◦ Gas natural

Energía nuclearEnergía hidráulicaEnergía solarEnergía eólicaEnergía maremotrizEnergía geotérmicaEnergía biomasa

Energías convencion

ales

Energías alternativa

s

Energías no renovables

Energías renovable

s

Eficiencia de las energíasCalidad Tipos de energía Utilidad

Muy alta ElectricidadTérmica (> 2500 ºC)Luz solar concentradaNuclear

Procesos industriales, uso de electricidad para iluminar o motores

Alta Térmica (1000–2500ºC)Gasolina, gas natural, carbónComida

Movimientos de vehículosProcesos industriales y de producción de electricidad

Moderada

Luz normal del SolFlujo de agua de alta velocidadVientos fuertesTérmica (100-1000ºC)Madera y desechos orgánicos

Procesos industriales sencillos, cocinar, producción de vapor, electricidad y agua caliente

Baja Térmica (100-1000 ºC)Flujos de agua a velocidad lentaVientos flojosEnergía geotérmica dispersa

Calentamiento de casas y locales

Rentabilidad de una energía

Rentabilidad económica

Accesibilidad

Facilidad de

explotación

Transporte

Precio

Sistema energéticoConjunto de procesos realizados sobre

la energía desde sus fuentes originarias hasta sus usos finales

Extracción Transformación TransporteConsumo de E secundaria

Rendimiento de un sistema energéticoRelación entre la energía que

obtenemos de un sistema y la que hemos suministrado expresado en tanto por ciento

Salidas/Entradas (%)

Será menor del 100 %. Cuando la energía es barata, no se tienen en cuenta las pérdidas de energía

Coste energéticoPrecio que pagamos por utilizar la energía

secundaria

Costes ocultos asociados a los equipos o instalaciones implicados en todo el proceso energético (construcción, mantenimiento, desmantelamiento y eliminación del impacto producido por su construcción). También se añaden los impactos ambientales.

COMBUSTIBLES FÓSILES

Consumo mundial de energía

E. hidroeléctrica; 6%

Gas natural; 23%

Carbón; 26%

Petróleo; 38%

Fisión nuclear; 6%Otras fuentes ren-

ovables; 1%

Consumo de energía en España (2010)

Gas natural22%

Petróleo46%

Carbón8%

Nuclear10%

Hidraúlica2%

Eólica2%

Biomasa y residuos9%

Resto EERR1%

Fuente: La Energía en España 2012. Ministerio de Industria, Energía y turismo

CarbónEs un combustible de un alto poder calorífico y uno de los más abundantes (se estiman reservas para 220 años al actual ritmo de consumo), pero también es el más sucio, debido a su elevado contenido en azufre, cuando se quema expulsa una gran cantidad de SO2, lo que le convierte en el principal causante de la lluvia ácida. Además, emite el doble de CO2 que el petróleo.

CENTRALES TÉRMICASEstrategias para minimizar sus impactos:• Sustitución de combustible por otro que posea menor contenido en azufre• Procesado del combustible, machacándolo y lavándolo para eliminar la mayor cantidad posible de azufre• Diseño de centrales térmicas eficientes, que incluyen sistemas de eliminación de los componentes sulfurados antes de emitir los gases de combustión

Carbón

Turba

Lignito

HullaAntracita

45 – 60 % de C

60 – 70 % de C

75 – 90 % de C

90 – 95 % de C

Carbón - Ventajas

Su manipulación y transporte son fáciles y no existe prácticamente riesgo de accidentes que produzcan algún tipo de contaminación

Es barato

Las reservas actuales son muy grandes

Algunas variedades (antracita) tienen un alto poder calorífico

Admite procesos como la destilación seca, con lo que se obtiene el coque y el gas ciudad (muy alto poder calorífico)

Carbón - Inconvenientes

Su extracción produce impactos ambientales

Las variedades más baratas y abundantes son de baja calidad, y su combustión es muy contaminante debido a su contenido en azufre

Su combustión es una fuente importante de CO2 y de hollín

La minería acarrea un importante riesgo de accidentes

Petróleo

El petróleo es un líquido de color oscuro más ligero que el agua. Por esta razón, en caso de escape se puede extender por las superficies marinas, impidiendo la entrada de oxígeno y eliminando toda vida existente (mareas negras)

DESTILACIÓN FRACCIONADAConsiste en un progresivo aumento de la temperatura, con lo que se consigue separar las distintas fracciones según su punto de ebullición.

Petróleo - Ventajas

La tecnología para su procesado está muy desarrollada y se logran productos de alta calidad

Las infraestructuras para su transporte y distribución están muy desarrolladas

Tiene un alto podre calorífico, lo que brinda mucha autonomía a los sistemas que lo usan, ya que con un pequeño depósito de combustible se obtienen muchas horas de trabajo

Hay una gran cantidad de máquinas, calderas, etc., adaptadas a su uso

Petróleo - Inconvenientes Es un recurso que se consume a gran velocidad

Su combustión produce mucho CO2, principal fuente de este gas

Dependencia de este producto en los países no productores

Transporte de crudo en barcos petroleros hasta las refinerías, representa un riesgo para el medio ambiente por la posibilidad de vertidos al mar, ya sea por accidentes o por actividades ilegales

Los aditivos antidetonantes como el plomo son muy contaminantes

Gas naturalProcede, al igual que el resto de hidrocarburos, de la fermentación de la materia orgánica acumulada entre los sedimentos. Está compuesto por una mezcla de hidrógeno, metano, butano, propano y otros gases en proporciones variables.

Gas natural

Gas natural - Ventajas

Su combustión es relativamente limpia, ya que contiene niveles muy bajos de azufre y otras impurezas.

Su transporte es sencillo por medio de gasoductos, camiones o buques cisternas, ya que el gas es licuable si se comprime y enfría por debajo de – 160 ºC.

Gas natural - Inconvenientes

Su combustión produce mucho CO2, ya que este componente se encuentra en su composición inicial. Su consumo creciente lo convierte en uno de los principales causantes del aumento de la concentración de este gas de efecto invernadero en la atmósfera.

ENERGÍA NUCLEAR(FISIÓN)

Fisión

La desintegración de núcleos atómicos inestables libera una gran cantidad de energía que es absorbida por un medio refrigerante, normalmente agua o CO2, que adquiere una temperatura y presión muy elevadas. El vapor producido se aprovecha para la producción de energía eléctrica en las centrales nucleares.

Uranio-235

Neutrón

Energía Productos

Central Nuclear Fisión

Centrales nucleares en España

Fisión - Ventajas

Existen grandes reservas de mineral de uranio

La tecnología para la obtención del material fisionable está muy desarrollada

No genera CO2, ya que no produce combustión

El rendimiento es muy alto

Las centrales son cada vez más seguras

Fisión - Inconvenientes

La posibilidad de un accidente es muy preocupante, ya que un escape radiactivo produciría graves daños a las personas y al resto de seres vivos expuestos a la radiación

Es una fuente no renovable de energía

Los residuos radiactivos son de alta actividad y necesitan un tratamiento y almacenamiento cuidadoso y costoso

ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

Energía hidroeléctrica

Generador

Presa

Transformador Turbina

Compuerta

Agua embalsad

a

Centros de consumo

La energía potencial que impulsa el agua en su camino desde las montañas al mar puede ser capturada y transformada en energía eléctrica mediante los embalses, que permiten concentrar y almacenar dicha energía

Hidroeléctrica - Ventajas

Es una fuente de energía limpia, ya que no produce CO2 ni otros residuos

Su rendimiento es alto

Los embalses regulan el flujo fluvial evitando avenidas, almacenan agua para diferentes usos y son un importante recurso recreativo

Hidroeléctrica - Inconvenientes

La construcción de embalses produce fuertes impactos ambientales◦ Destrucción de hábitats◦ Modificación del caudal del río◦ Se alteran características del agua como

temperatura, grado de oxigenación, …◦ Impacto paisajístico y humano

Los embalses son estructuras perecederas, ya que al colmatarse de sedimentos van perdiendo capacidad

La alteración del régimen hídrico de los ríos puede dejar el curso fluvial por debajo de su caudal ecológico

FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGÍA

Energías procedentes del Sol

Energía solar directa

Energía solar

indirecta

Captación térmica (calor)

Captación

fotónica (luz)

Sistemas arquitectónicos pasivos

Centrales solares térmicas

Captación fotovoltaic

a

Captación bioquímic

a

Células solares

Biomasa

Viento, olas, hidráulica

Centrales solares térmicasEl calor procedente del Sol se usa para la producción de

electricidad, para lo que hay que capturar y concentrar la luz solar con un colector.

Una vez concentrado el calor solar, se almacena en un fluido (aceite) y posteriormente se convertirá en electricidad.

Centrales solares fotovoltaicasSe convierte directamente la luz del Sol en electricidad, para lo que se utiliza silicio (semiconductor) que produce una corriente eléctrica

Sistemas arquitectónicos pasivosArquitectura bioclimática: las casas se calientan o se enfrían pasivamente, utilizando para ello la luz del Sol y principios de diseño arquitectónico basados en la arquitectura popular

Energía solar - Ventajas

Energía limpia

El agua caliente producida puede acumularse y estar disponible de forma continua

Recurso importante en zonas de gran insolación y permite el aprovechamiento de terrenos improductivos

Se adapta al uso doméstico y permite disponer de electricidad y agua caliente en zonas sin una red de suministro eléctrico

Energía solar - Inconvenientes

En zonas de clima lluvioso y en latitudes elevadas su rendimiento es muy bajo

La energía eléctrica producida es difícil de acumular

Su rendimiento es intermitente, ya que se interrumpe de noche

Energía de biomasa

La biomasa es una importante fuente, ya que es renovable, barata y limpia, y requiere tecnologías poco complejas. Es proporcionada por una gran diversidad de productos: forestales (leña, madera o desechos madereros), desechos agrícolas (paja), desechos animales (excrementos procedentes de granjas) y basura (papel, cartón, restos de alimentos).

Energía de biomasaB

iocom

bu

sti

ble

sBiogás (60% metano y 40% CO2) producido por la descomposición anaerobia de los residuos y obtenido mediante la inserción de tuberías en el terreno donde se hayan enterrado

Etanol se puede obtener de la fermentación y posterior destilación de cereales, remolacha y caña de azúcar

Metanol puede obtenerse a partir de madera, restos agrarios, basuras y carbón

Bioaceites producidos a partir de semillas oleaginosas, como la colza, el girasol y la soja. Pueden utilizarse sin refinar en motores diesel modificados o mezclados con combustibles fósiles

Biomasa - Ventajas

Fuente renovable de energía que puede sustituir en parte al petróleo, por lo que reducen la dependencia de las importaciones de crudo

Su obtención se puede ajustar a la demanda

La obtención de biogás a partir de residuos y lodos de depuradoras es una excelente alternativa para la valorización energética de estos productos

Biomasa - Inconvenientes

Su obtención a partir de cultivos intensivos produce impactos ambientales

Los cultivos de maíz, caña de azúcar, etc., para usos energéticos encarece estos productos, que son alimentos fundamentales en muchos países

Aunque se presentan a veces como “energías limpias”, son combustibles cuya utilización produce CO2, por lo que no son una alternativa para frenar el cambio climático

Energía eólica

Álabe

Generador

Eje

Eólica - Ventajas

Es una energía limpia. Los diseños actuales de aerogeneradores han reducido radicalmente el impacto negativo que los anteriores tenían sobre las aves

Es una fuente de energía rentable. Su coste en los últimos veinte años se ha reducido a menos de la mitad y su rendimiento ha aumentado mucho

Eólica - Inconvenientes

Produce un gran impacto visual y necesita grandes extensiones de terreno

La producción de electricidad es discontinua porque depende de la meteorología

OTRAS ENERGÍAS ALTERNATIVAS NO PROCEDENTES DEL SOL

Energía maremotriz

Compuerta abierta

Entrada de agua

Marea alta

Agua embalsad

a

Compuerta cerrada

Marea alta

Salida de agua

Marea baja

Generador

Turbina

Transformador

Compuerta abierta

Maremotriz - Ventajas

Fuente renovable de energía o inagotable

Son totalmente limpias

El impacto de su explotación es muy local

La tecnología para su explotación se desarrolla muy rápidamente

Maremotriz - Inconvenientes

La construcción de diques costeros para la explotación de energía maremotriz produce un notable impacto ambiental sobre el ecosistema litoral y sobre la dinámica de las corrientes y el oleaje

La energía del oleaje es discontinua, ya que depende de la meteorología

Energía geotérmica

Pozo de extracción

Pozo de inyección

Foco de calor

Geotérmica - Ventajas

Es una fuente energética totalmente limpia

Las instalaciones requeridas no son muy caras

Es continua y prácticamente inagotable

El impacto ambiental producido es muy local

Geotérmica - Inconvenientes

Disponible sólo en algunas zonas

Se desconoce cómo puede afectar a la dinámica de la geosfera la extracción del calor latente de las rocas en zonas volcánicamente activas e inestables

En caso de temperaturas no muy elevadas el rendimiento es bajo

MEDIDAS DE AHORRO ENERGÉTICAS

Medidas específicas Aumento de la eficiencia en el sistema

eléctrico

Valoración coste real energía consumida

Coste del ciclo de vida = Precio del aparato + (gasto anual de energía x tiempo de vida

estimado)

Valoración costes ocultos de energía

Reducción en el consumo de energía

Fomento de las medidas de ahorro personales

Otras medidasCogeneración de energía

Aislamiento adecuado edificios y viviendas

Luces de bajo consumo

Diseño de automóviles

Coches eléctricos

Uso de hidrógeno como combustible

Reciclado de materias primas