TEMA 14 - CONSUMO Y AHORRO DE ENERGÍA Cuando, recién levantados, encendemos la luz, o preparamos un zumo de naranja mientras oímos la radio, o mientras tomamos una buena ducha caliente, no somos conscientes del lujo que supone el poder hacer tantas cosas sin ningún esfuerzo. No nos preocupamos de cómo ha llegado el agua hasta el grifo, o cómo ha sido calentada hasta esa temperatura tan rica. Los humanos comenzamos a usar la energía externa para nuestro beneficio cuando aprendimos a dominar el fuego. Nuestro modo de vida ha cambiado radicalmente gracias a los recursos energéticos que nos ofrece la naturaleza. Hoy en día utilizamos de muchas formas distintas esos recursos que nos ofrece la naturaleza, aunque el uso de unas u otras fuentes de energía varíe de país a país. Por ejemplo, en muchos países no se usa más que madera o carbón vegetal para calentar la casa o cocinar. Es más, un tercio de la población mundial (unos 2.000 millones de personas) no puede acceder a ninguna otra fuente. Además, podemos transformar la energía de cualquier origen en electricidad. La energía eléctrica puede transportarse muy fácilmente de un lugar a otro, y permite satisfacer muchas necesidades distintas (movimiento mediante motores, calor mediante resistencias, por ejemplo) ejemplo) de una manera limpia y cómoda. Al igual que las demás fuentes de energía, también la electricidad se distribuye irregularmente por el mundo. Por ejemplo, en nuestro entorno, alrededor del 50% de la energía se consume en forma de electricidad. Por el contrario, en los países africanos al sur del Sahara sólo el 10% de la población tiene acceso a la electricidad. Por desgracia, nuestro consumo de energía actual no hace sino aumentar. Cada uno de nosotros, según pasan los años, demandamos cada vez más recursos energéticos. Viajamos cada vez más, o no estamos dispuestos a renunciar al aire acondicionado y otras comodidades. comodidades. De modo que para garantizar nuestro futuro es ineludible limitar el consumo y utilizar razonablemente los recursos recurso s naturales. Desde la gran crisis del petróleo en los años setenta, los países desarrollados se concienciaron de la importancia del ahorro energético desde dos puntos de vista: el ahorro económico y el deterioro medioambiental. Una de las cosas más importantes es conseguir la concienciación de los consumidores de que derrochar energía no es sinónimo de calidad de vida. Al contrario: cuanta más energía se consuma, mayor será el deterioro medioambiental y con mayor rapidez se agotarán las fuentes de energía existentes. Por ello, urge adoptar medidas de ahorro energético, minimizando su consumo, sin que ello signifique una disminución de nuestro actual estado de bienestar, conseguido tras larga lucha de la humanidad por aprovechar al máximo los recursos de la Naturaleza. Las soluciones que se están adoptando en la industria son: uso de máquinas más eficientes, empleo de nuevas fuentes de energía que contaminen menos, sistemas de cogeneración que permiten rendimientos próximos al 100% , etc…
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Hay que aprender a usar eficientemente la energía. Esto significa no emplearla en actividades innecesarias y conseguir hacer las tareas con el mínimo consumo de energía posible. Desarrollar tecnologías y sistemas de vida y trabajo que ahorren energía es lo más importante para lograr un auténtico desarrollo, que se pueda llamar sostenible. Por ejemplo, se puede ahorrar energía en los automóviles, tanto construyendo motores más eficientes, que empleen menor cantidad de combustible por kilómetro, como con hábitos de conducción más racionales, como conducir a menor velocidad o sin aceleraciones bruscas.
DEPENDENCIA DE LOS COMBUSTIBLES FÓSILES Lamentablemente, la mayor parte de la energía que consumimos hoy día procede del petróleo, del gas natural o de otros combustibles fósiles. No se puede decir con seguridad para cuántos años hay reserva de ellos. Se ha afirmado repetidas veces que los combustibles fósiles estaban próximos a agotarse, pero luego tal vaticinio no se ha cumplido. Pero es verdad que, si el consumo actual se mantiene constante, con los datos actuales se pueden prever reservas de gas y petróleo hasta finales de siglo. Pero no debe olvidarse que las tendencias de consumo de muchos países que aun no se han incorporado a nuestro modelo de consumo (como China, Brasil o la India, por ejemplo) se van aproximando al mismo, y que, en consecuencia, todos los cálculos que se citan más adelante pueden quedar patas arriba. Considerando todos los usos de la energía (incluida la generación de electricidad), las fuentes energéticas primarias usadas principalmente en España son los combustibles fósiles (81,3%). En el sector de la generación eléctrica estamos en la misma situación. Es decir, también la energía empleada para generar electricidad procede mayormente de los combustibles fósiles: Únicamente el 22% de la generada en España procede de fuentes renovables. Resulta clara la dependencia respecto de los combustibles fósiles. Aunque de hecho tenemos algún que otro yacimiento de gas y de carbón, debemos importar el petróleo, el gas y el carbón, es decir, los combustibles fósiles. Pero no somos los únicos. Casi todos los países occidentales avanzados son pobres en combustibles fósiles. Y según hemos visto en las invasiones y guerras de los últimos años, las ganas de controlar las regiones que los producen son notorias.
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MEDIO AMBIENTE Asimismo, los cambios y afecciones que causa la producción de energía al medio ambiente son de una importancia enorme. Podemos ver el humo que producen los combustibles fósiles cada vez que arrancamos el coche. Pero tampoco debemos olvidar, cuando encendemos una bombilla o viajamos en tren, que la electricidad gastada en ese acto procede de una central eléctrica que, en algún lugar del mundo, ha vertido ese mismo humo al utilizar combustibles fósiles. Desde el punto de vista de cuáles son los contaminantes específicos asociados a la generación y consumo de energía, cabe destacar por su gravedad:
CO2: Anhídrido carbónico o dióxido de carbono. Origina el llamado efecto invernadero. En los últimos cien años se ha medido un aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera de algo más de un 30%. El temor existente es que este gas invernadero esté causando un aumento significativo de la temperatura media terrestre. Esto origina el famoso cambio climático, que ya lo vemos en la disminución o descongelación de los glaciares y parte del casquete polar. Los científicos predicen que en los próximos cien años la temperatura media de la Tierra subirá entre 1,5 y 6 ºC, provocando alteraciones climáticas importantes a escala planetaria. Lluvia ácida: Muchos procesos industriales desprenden gases o sustancias que contienen SO2 y SO 3. Estos gases son precursores de la lluvia ácida. En Europa y América del Norte la lluvia ácida ha dañado enormemente grandes superficies boscosas. También daña las construcciones, ataca los mármoles, las piedras calcáreas y otros revestimientos. NOx. Óxidos de nitrógeno: Son productos de combustión a temperaturas mayores de 800 ºC. Por lo tanto, son muy típicos en motores de combustión interna, así como de turbinas de gas. Los NOx son precursores de la formación de ozono en la baja atmósfera. Si el ozono es bueno a 60 km de altura, es malo a nivel del suelo, dado que es un fuerte oxidante, con efectos dañinos sobre la piel, mucosas y órganos, así como pinturas, revestimientos y otros materiales inorgánicos. Las regiones metropolitanas están siempre saturadas de ozono. Desechos nucleares: La gran cantidad de centrales termonucleares de fisión origina una enorme cantidad de desechos radiactivos. El manejo, reprocesamiento y almacenamiento de estos desechos es un tema no resuelto. Más aún, estará cada vez más presente por el volumen que alcanzará en la medida que las centrales nucleares antiguas deban desmantelarse.
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CONCLUSIÓN Por todo lo expuesto hasta ahora, en las próximas décadas la humanidad se enfrentará a varios desafíos:
Eficiencia energética: Será necesario aumentar radicalmente la eficiencia energética de nuestros procesos y sistemas. Nuevas tecnologías: Se hace necesario desarrollar e incorporar nueva tecnología que tienda al aumento de la eficiencia y el ahorro energético, como los sistemas de cogeneración, arquitectura bioclimática…
Diversificar fuentes energéticas: Actualmente se depende fuertemente de los hidrocarburos como fuente de energía primaria. Se hace necesario incorporar nuevas fuentes de energía. TÉCNICAS DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA Ahora vamos a ver todas las técnicas que están desarrolladas o en vías de desarrollo que dan una posible y urgente solución a los efectos del consumo descontrolado de energía.
Sistemas de Cogeneración Se define cogeneración como el proceso de aprovechamiento de la energía residual (que se va a tirar) cuando se está produciendo energía eléctrica o mecánica, para otros usos industriales o domésticos. Por ejemplo utilizar el vapor caliente que sale de una instalación tradicional, como podría ser una turbina de producción de energía eléctrica, para suministrar energía para otros usos. Hasta ahora lo usual era dejar que el vapor se enfriase, pero en esta técnica, con el calor que le queda al vapor se calienta agua, se cocina o se usa en otros procesos industriales. Esta técnica se emplea cada vez más en industrias, hospitales, hoteles y, en general, en instalaciones en las que se produce vapor o calor, porque supone importantes ahorros energéticos y por tanto económicos, que compensan las inversiones que hay que hacer para instalarla. Con este método se obtienen eficiencias energéticas que rondan el 90%. Se comercializan dos modelos de cogeneración:
Cogeneración mediante motor de ciclo diésel: Funciona como un motor diésel normal al que se ha acoplado un alternador para generar electricidad. El calor, que normalmente se elimina mediante un radiador y un ventilador, se conduce por canalizaciones y se usa para diferentes procesos industriales. Cogeneración mediante turbina de gas: Funciona como los reactores de un avión. Se utilizan cuando se requieren potencias superiores al Megavatio. Los combustibles que utiliza son el gas natural, biogás, gasóleo y queroseno. Los gases calientes de la combustión se hacen pasar por un intercambiador de calor para poder aprovechar la energía calorífica.
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Arquitectura bioclimática La arquitectura bioclimática “energéticamente consciente”, definida como aquélla
que establece una relación con su entorno natural que permite alcanzar el bienestar térmico y lumínico con un consumo menor de energía, es otra sencilla técnica de eficiencia energética. En chalets o casas pequeñas medidas tan simples como plantar árboles que den sombra en verano o que corten los vientos dominantes en invierno, se ha demostrado que ahorran entre un 15% a un 40% del consumo de energía que hay que hacer para mantener la casa confortable. La arquitectura bioclimática pretende principalmente: Atenuar las oscilaciones de temperatura en el interior de la edificación a lo largo de todo el año. Reducir, incluso anular, el consumo energético generado por equipos mecánicos de acondicionamiento climático. Reducir las necesidades de iluminación artificial mediante un adecuado diseño que permita aprovechar la luz natural. Una de las múltiples aplicaciones en la arquitectura bioclimática la tenemos en la construcción de edificios con muros tipo invernadero, los cuales combinan la superficie de acumulación vertical con acabados del uso en colores oscuros de gran absorción, con vidrio exterior. Una variante de este muro es el denominado muro Trombe, el cual, sobre el muro invernadero, se complementa con elementos de intercambio de aire. Tiene unas aberturas en su parte inferior por donde entra el aire frío, y otras en su parte superior por donde pasa ya caliente, el cual penetra directamente en la vivienda. Este tipo de muro se puede usar por la noche para refrigerar, cambiando el sentido del aire mediante unas trampillas reguladoras.
Técnicas de ahorro doméstico A grandes rasgos, las medidas más importantes son las siguientes: Calefacción: Procurar que las puertas y ventanas cierren perfectamente, empleando o además, persianas adecuadas. Utilizar controladamente los sistemas de calefacción, dotándolos de o los dispositivos de regulación apropiados que restrinjan su funcionamiento a las horas deseadas, y aprovechar el calor residual allá donde sea posible. Asimismo, se deben cerrar los radiadores situados en habitaciones que no se utilicen. Disponer de sistemas de programación y de termostalización de aire o acondicionado. Emplear dispositivos de mayor rendimiento, aunque su coste inicial o sea mayor. Electrodomésticos: En el momento de la adquisición de un electrodoméstico se debe o procurar que sea de baja potencia pues, incluso aunque su precio sea 5
más caro, la inversión se amortizará en muy poco tiempo a causa del menor consumo energético. Se debe procurar que tengan una certificación energética de la clase A, que es la más eficiente. Los frigoríficos, aunque sean de poca potencia, consumen mucha o energía, pues están conectados continuamente. Por ello, se debe regular adecuadamente la temperatura, procurar que las puertas queden perfectamente cerradas y evitar que en el congelador se acumule una capa de escarcha de más de 6 mm de espesor, pues su rendimiento disminuirá. Las lavadoras y los lavavajillas conviene utilizarlos a plena carga, y o en el caso de las primeras intentar utilizarlas con agua fría. No dejar mucho tiempo la puerta del frigorífico abierta. o Restricción del uso de electricidad: No dejar luces encendidas en lugares no utilizados. o Intentar aprovechar al máximo la iluminación natural. o Usar bombillas de bajo consumo. o No dejar la televisión ni la radio encendidas cuando no se estén o viendo o escuchando. Agua: El agua es un bien escaso y cuyo suministro a las viviendas requiere un consumo considerable de energía. Por eso, hay que ahorrar agua en todo lo posible: Colocar una o dos botellas llenas dentro de la cisterna; de esta forma o se pueden ahorrar 1 ó 2 litros cada vez que se use. Cerrar el grifo al lavarse los dientes y al afeitarse; se evitará gastar o unos 10 litros de agua. Ducharse en vez de bañarse significa ahorrar 150 litros de agua. o Reparar urgentemente las averías de grifos y cañerías, pues el goteo o de un grifo significa una pérdida de 30 litros de agua al día. Colocar difusores en los grifos; de esta forma se aprovecha mejor el o agua, reduciendo su consumo.
Ahorro de combustible en el transporte En España, el transporte emplea algo menos de la mitad de todo el petróleo consumido en el país. En todo el mundo los automóviles, especialmente, junto a los demás medios de transporte, son los principales responsables del consumo de petróleo y de la contaminación y del aumento de CO 2 en la atmósfera. Por esto, cualquier ahorro de energía en los motores o el uso de combustibles alternativos que contaminen menos, tienen una gran repercusión. Las mejoras en el diseño aerodinámico de los automóviles, su disminución de peso y las nuevas tecnologías usadas en los motores permiten construir ya, automóviles que hacen 25 km por litro de gasolina y se están probando distintos prototipos que pueden hacer 40 km y más por litro. También se están construyendo interesantes prototipos de coches que funcionan con electricidad, con metanol o etanol o con otras fuentes de energía alternativas que contaminan menos y ahorran consumo de petróleo. Los coches eléctricos pueden llegar a ser interesantes cuando sus costos y rendimientos sean competitivos, pero siempre que usen electricidad producida por medios limpios. Si consumen electricidad producida en 6
una central térmica, generan más contaminación que un coche de gasolina. Por esto sólo interesan coches eléctricos que consuman electricidad producida con gas o, mejor, con energía solar o hidrógeno. El uso de hidrógeno como combustible es especialmente interesante. Los científicos están estudiando la manera de producirlo con ayuda de células fotovoltaicas cuya electricidad se usa para descomponer el agua por electrólisis en hidrógeno y oxígeno. Después el hidrógeno se usa como combustible en el motor del coche. Vuelve a unirse con el oxígeno en una reacción que produce mucha energía, pero que no contamina prácticamente nada pues regenera vapor de agua, no forma CO 2 ni óxidos de azufre, y los pocos óxidos de nitrógeno que se forman son fáciles de controlar. Por ahora se han construido algunos prototipos, pero todavía sus costos y sus prestaciones no son suficientemente buenos para comercializarlos. Sin duda, el futuro del transporte irá por combustibles alternativos y motores que consuman menos, pero además del avance tecnológico, es necesario que la legislación favorezca la implantación de los nuevos modelos y que se cree un estado de opinión entre los consumidores de vehículos que favorezca la venta de los coches que ahorren energía. Pautas para conducir económicamente: Utilizar el sistema de ventilación del automóvil, en vez de llevar las ventanillas bajadas. No llevar colocada la baca en caso innecesario, pues el consumo de combustible se incrementa en un 16%. Utilizar neumáticos en buen estado y con la presión adecuada. Efectuar revisiones periódicas del motor, de manera que esté siempre a punto. No mantener el motor del coche a ralentí cuando el vehículo vaya a estar parado más de dos minutos; consume menos energía parando el motor y volviendo a arrancarlo. Es muy importante recordar que circular a 120 km/h supone un 35% más de consumo de combustible que a 100 km/h.
Industrias y reciclaje En los países industriales la industria utiliza entre la cuarta parte y un tercio del total de energía consumido en el país. En los últimos años se ha notado un notable avance en la reducción del consumo de energía por parte de las industrias. Las empresas se han dado cuenta de que una de las maneras más eficaces de reducir costos y mejorar los beneficios es usar eficientemente la energía. Reciclar las materias primas es una de las maneras más eficaces de ahorrar energía. Aproximadamente las tres cuartas partes de la energía consumida por la industria se usa para extraer y elaborar las materias primas. Si los metales se sacan de la chatarra sólo se necesita una fracción de la energía empleada para extraerlos de los minerales. Así por ejemplo, reciclar el acero emplea sólo el 14% de la energía que se usaría para obtenerlo de su mena. Y en el caso del aluminio la energía empleada para reciclarlo es sólo el 5% de la que se usaría para fabricarlo nuevo. 7
Tecnologías limpias de combustión Son aquellas que intentan eliminar o reducir los subproductos contaminantes de los combustibles, antes de la combustión (lavado de carbones en la mina, eliminado del óxido de azufre o desulfuración), durante la combustión (optimizar las combustiones del carbón mediante inyecciones de sorbentes para los gases derivados del azufre y control de las combustiones) y después de la combustión mediante procedimientos para depuración de gases de combustión (captación de partículas, eliminación del óxido de azufre (SO2), eliminación de óxidos de nitrógeno (NOx), utilización de catalizadores, tanto en los procesos industriales como en los coches).
Diversificación energética Son aquellas que se emplean fundamentalmente como alternativa o combustibles de sustitución a los combustibles fósiles mayoritariamente empleados. Además de los carburantes de sustitución, en el ámbito de la diversificación se reconocen las energías alternativas (expuestas en unidades didácticas anteriores) no basadas en la combustión, las cuales pueden ser las de origen terrestre (nucleares y geotérmicas) y las renovables procedentes de la irradiación solar y de la gravitación.
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