Desarrollo energético

El desarrollo energético es el campo de actividades enfocadas a la obtención de fuentes de energía a partir de recursos naturales. Estas actividades incluyen la producción de fuentes de energía renovables, nucleares y derivadas de combustibles fósiles, y la recuperación y reutilización de energía que de otro modo se desperdiciaría. Las medidas de conservación y eficiencia energética reducen la demanda de desarrollo energético y pueden tener beneficios para la sociedad con mejoras en las cuestiones ambientales.

Las sociedades utilizan la energía para el transporte, la fabricación, la iluminación, la calefacción y el aire acondicionado, y las comunicaciones, con fines industriales, comerciales y domésticos. Los recursos energéticos pueden clasificarse como recursos primarios, cuando el recurso puede utilizarse sustancialmente en su forma original, o como recursos secundarios, cuando la fuente de energía debe convertirse en una forma más convenientemente utilizable. Los recursos no renovables se agotan significativamente por el uso humano, mientras que los recursos renovables se producen mediante procesos en curso que pueden sostener la explotación humana indefinida.

Miles de personas están empleadas en la industria energética. La industria convencional comprende la industria del petróleo, la industria del gas natural, la industria de la energía eléctrica y la industria nuclear. Las industrias de nuevas energías incluyen la industria de las energías renovables, que comprende la fabricación, distribución y venta alternativas y sostenibles de combustibles alternativos.

Clasificación de los recursos

Los recursos energéticos pueden clasificarse como recursos primarios, aptos para el uso final sin conversión a otra forma, o recursos secundarios, donde la forma utilizable de energía requiere una conversión sustancial de una fuente primaria. Ejemplos de recursos energéticos primarios son la energía eólica, la energía solar, el combustible de madera, los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural, y el uranio. Los recursos secundarios son aquellos como la electricidad, el hidrógeno u otros combustibles sintéticos.

Otra clasificación importante se basa en el tiempo requerido para regenerar un recurso energético. Los recursos "renovables" son aquellos que recuperan su capacidad en un tiempo significativo para las necesidades humanas. Ejemplos son la energía hidroeléctrica o la energía eólica, cuando los fenómenos naturales que son la principal fuente de energía están en curso y no se agotan por las demandas humanas. Los recursos no renovables son aquellos que se agotan significativamente por el uso humano y que no recuperarán su potencial de manera significativa durante la vida humana. Un ejemplo de una fuente de energía no renovable es el carbón, que no se forma naturalmente a un ritmo que permitiría el uso humano.

Combustibles fósiles

Las fuentes de combustibles fósiles (fósil primario no renovable) queman carbón o combustibles de hidrocarburos, que son los restos de la descomposición de plantas y animales. Hay tres tipos principales de combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural. Otro combustible fósil, el gas licuado de petróleo (GLP), se deriva principalmente de la producción de gas natural. El calor de la quema de combustibles fósiles se usa directamente para calentar espacios y calentar procesos, o se convierte en energía mecánica para vehículos, procesos industriales o generación de energía eléctrica. Estos combustibles fósiles forman parte del ciclo del carbono y permiten liberar la energía solar almacenada en O ₂.

El uso de combustibles fósiles en los siglos XVIII y XIX sentó las bases para la Revolución Industrial.

Los combustibles fósiles constituyen la mayor parte de las fuentes de energía primaria actuales del mundo. En 2005, el 81% de las necesidades energéticas del mundo se cubrió con fuentes fósiles. La tecnología e infraestructura para el uso de combustibles fósiles ya existe. Los combustibles líquidos derivados del petróleo proporcionan mucha energía utilizable por unidad de peso o volumen, lo que es ventajoso en comparación con fuentes de menor densidad de energía, como las baterías. Los combustibles fósiles son actualmente económicos para el uso descentralizado de energía.

La dependencia energética de los combustibles fósiles importados crea riesgos de seguridad energética para los países dependientes. La dependencia del petróleo en particular ha llevado a la guerra, la financiación de los radicales, la monopolización y la inestabilidad sociopolítica.

Los combustibles fósiles son recursos no renovables, cuya producción eventualmente disminuirá y se agotará. Si bien los procesos que crearon los combustibles fósiles están en curso, los combustibles se consumen mucho más rápido que la tasa natural de reposición. La extracción de combustibles se vuelve cada vez más costosa a medida que la sociedad consume los depósitos de combustible más accesibles. La extracción de combustibles fósiles da como resultado la degradación ambiental, como la minería a cielo abierto y la extracción de carbón en la cima de la montaña.

La eficiencia del combustible es una forma de eficiencia térmica, es decir, la eficiencia de un proceso que convierte la energía potencial química contenida en un combustible portador en energía cinética o trabajo. La economía de combustible es la eficiencia energética de un vehículo en particular, se da como una relación de la distancia recorrida por unidad de combustible consumido. La eficiencia específica del peso (eficiencia por unidad de peso) puede indicarse para la carga y la eficiencia específica del pasajero (eficiencia del vehículo) por pasajero. La combustión atmosférica ineficiente (quema) de combustibles fósiles en vehículos, edificios y centrales eléctricas contribuye a las islas de calor urbanas.

La producción convencional de petróleo alcanzó su punto máximo, de manera conservadora, entre 2007 y 2010. En 2010, se estimó que se requeriría una inversión de $ 8 billones en recursos no renovables para mantener los niveles actuales de producción durante 25 años. En 2010, los gobiernos subsidiaron los combustibles fósiles en un estimado de $500 mil millones al año. Los combustibles fósiles también son una fuente de emisiones de gases de efecto invernadero, lo que genera preocupaciones sobre el calentamiento global si no se reduce el consumo.

La combustión de combustibles fósiles conduce a la liberación de contaminación a la atmósfera. Los combustibles fósiles son principalmente compuestos de carbono. Durante la combustión se libera dióxido de carbono y también óxidos de nitrógeno, hollín y otras partículas finas. El dióxido de carbono es el principal contribuyente al cambio climático reciente. Otras emisiones de la central eléctrica de combustibles fósiles incluyen dióxido de azufre, monóxido de carbono (CO), hidrocarburos, compuestos orgánicos volátiles (COV), mercurio, arsénico, plomo, cadmio y otros metales pesados, incluidas trazas de uranio.

Una planta de carbón típica genera miles de millones de kilovatios hora de energía eléctrica al año.

Nuclear

Fisión

La energía nuclear es el uso de la fisión nuclear para generar calor y electricidad útiles. La fisión del uranio produce casi toda la energía nuclear económicamente significativa. Los generadores termoeléctricos de radioisótopos forman un componente muy pequeño de la generación de energía, principalmente en aplicaciones especializadas como los vehículos del espacio profundo.

Las plantas de energía nuclear, excluyendo los reactores navales, proporcionaron alrededor del 5,7% de la energía mundial y el 13% de la electricidad mundial en 2012.

En 2013, el OIEA informa que hay 437 reactores de energía nuclear operativos en 31 países, aunque no todos los reactores producen electricidad. Además, hay aproximadamente 140 buques de guerra que utilizan propulsión nuclear en funcionamiento, alimentados por unos 180 reactores. A partir de 2013, lograr una ganancia neta de energía a partir de reacciones de fusión nuclear sostenidas, excluyendo las fuentes de energía de fusión natural como el Sol, sigue siendo un área en curso de investigación internacional en física e ingeniería. Más de 60 años después de los primeros intentos, la producción de energía de fusión comercial sigue siendo poco probable antes de 2050.

Hay un debate en curso sobre la energía nuclear. Los defensores, como la Asociación Nuclear Mundial, el OIEA y Environmentalists for Nuclear Energy sostienen que la energía nuclear es una fuente de energía segura y sostenible que reduce las emisiones de carbono. Los opositores sostienen que la energía nuclear plantea muchas amenazas para las personas y el medio ambiente.

Los accidentes de plantas de energía nuclear incluyen el desastre de Chernobyl (1986), el desastre nuclear de Fukushima Daiichi (2011) y el accidente de Three Mile Island (1979). También ha habido algunos accidentes de submarinos nucleares. En términos de vidas perdidas por unidad de energía generada, el análisis ha determinado que la energía nuclear ha causado menos muertes por unidad de energía generada que las otras fuentes principales de generación de energía. La producción de energía a partir del carbón, el petróleo, el gas natural y la energía hidroeléctrica ha causado un mayor número de muertes por unidad de energía generada debido a la contaminación del aire y los efectos de los accidentes energéticos. Sin embargo, los costos económicos de los accidentes de energía nuclear son altos y las fusiones pueden llevar décadas para limpiar. Los costos humanos de las evacuaciones de las poblaciones afectadas y la pérdida de medios de subsistencia también son significativos.

Comparación de las muertes por cáncer latente de Nuclear, como el cáncer con otras fuentes de energía, muertes inmediatas por unidad de energía generada (GWeyr). Este estudio no incluye el cáncer relacionado con los combustibles fósiles y otras muertes indirectas creadas por el uso del consumo de combustibles fósiles en su clasificación de "accidente grave", que sería un accidente con más de 5 muertes.

A partir de 2012, según el OIEA, en todo el mundo había 68 reactores de energía nuclear civiles en construcción en 15 países, aproximadamente 28 de los cuales en la República Popular China (RPC), con el reactor de energía nuclear más reciente, en mayo de 2013, para ser conectado a la red eléctrica, que ocurrió el 17 de febrero de 2013, en la planta de energía nuclear de Hongyanhe en la República Popular China. En Estados Unidos, se están construyendo dos nuevos reactores de Generación III en Vogtle. Los funcionarios de la industria nuclear de EE. UU. esperan que cinco nuevos reactores entren en servicio para 2020, todos en plantas existentes. En 2013, se cerraron permanentemente cuatro reactores obsoletos y poco competitivos.

Experimentos recientes en la extracción de uranio utilizan cuerdas de polímero recubiertas con una sustancia que absorbe selectivamente el uranio del agua de mar. Este proceso podría hacer que el considerable volumen de uranio disuelto en el agua de mar sea aprovechable para la producción de energía. Dado que los procesos geológicos en curso transportan uranio al mar en cantidades comparables a la cantidad que sería extraída por este proceso, en cierto sentido, el uranio transportado por el mar se convierte en un recurso sostenible.

La energía nuclear es un método de generación de energía con bajas emisiones de carbono para producir electricidad, con un análisis de la literatura sobre la intensidad total de las emisiones del ciclo de vida y se encuentra que es similar a las fuentes renovables en una comparación de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) por unidad de energía generada. Desde la década de 1970, el combustible nuclear ha desplazado alrededor de 64 gigatoneladas de dióxido de carbono equivalente (GtCO2-eq) gases de efecto invernadero, que de otro modo habrían resultado de la quema de petróleo, carbón o gas natural en centrales eléctricas de combustibles fósiles.

Retiro y eliminación de la energía nuclear

El accidente nuclear de Fukushima Daiichi en Japón en 2011, que ocurrió en un diseño de reactor de la década de 1960, provocó un replanteamiento de la seguridad nuclear y la política de energía nuclear en muchos países. Alemania decidió cerrar todos sus reactores para 2022 e Italia prohibió la energía nuclear. Después de Fukushima, en 2011 la Agencia Internacional de Energía redujo a la mitad su estimación de capacidad de generación nuclear adicional que se construirá para 2035.

Fukushima

Tras el desastre nuclear de Fukushima Daiichi de 2011, el segundo peor incidente nuclear, que desplazó a 50 000 hogares después de que se filtrara material radiactivo al aire, el suelo y el mar, y con controles de radiación posteriores que llevaron a la prohibición de algunos envíos de verduras y pescado, un apoyo público mundial Se publicó una encuesta de Ipsos (2011) sobre fuentes de energía y se encontró que la fisión nuclear era la menos popular.

Economía de la fisión

La economía de las nuevas plantas de energía nuclear es un tema controvertido, ya que existen opiniones divergentes sobre este tema, y ​​las inversiones multimillonarias dependen de la elección de una fuente de energía. Las plantas de energía nuclear suelen tener altos costos de capital para construir la planta, pero bajos costos directos de combustible. En los últimos años se ha producido una ralentización del crecimiento de la demanda de electricidad y la financiación se ha vuelto más difícil, lo que afecta a grandes proyectos como los reactores nucleares, con costes iniciales muy elevados y ciclos de proyecto largos que conllevan una gran variedad de riesgos. En Europa del Este, una serie de proyectos establecidos desde hace mucho tiempo están luchando por encontrar financiación, en particular Belene en Bulgaria y los reactores adicionales en Cernavoda en Rumania, y algunos patrocinadores potenciales se han retirado.Cuando se dispone de gas barato y su suministro futuro es relativamente seguro, esto también plantea un problema importante para los proyectos nucleares.

El análisis de la economía de la energía nuclear debe tener en cuenta quién asume los riesgos de las incertidumbres futuras. Hasta la fecha, todas las plantas de energía nuclear en funcionamiento fueron desarrolladas por monopolios de servicios públicos regulados o de propiedad estatal, donde muchos de los riesgos asociados con los costos de construcción, el rendimiento operativo, el precio del combustible y otros factores fueron asumidos por los consumidores en lugar de los proveedores. Muchos países ahora han liberalizado el mercado de la electricidad donde estos riesgos, y el riesgo de que surjan competidores más baratos antes de que se recuperen los costos de capital, los asumen los proveedores y operadores de plantas en lugar de los consumidores, lo que conduce a una evaluación significativamente diferente de la economía de la nueva energía nuclear. plantas.

Costos

Es probable que los costos aumenten para las plantas de energía nuclear actualmente en funcionamiento y las nuevas, debido a los mayores requisitos para la gestión del combustible gastado en el sitio y las amenazas elevadas en la base de diseño. Si bien los primeros diseños de este tipo, como los EPR en construcción, están retrasados ​​y superan el presupuesto, de los siete APR-1400 de Corea del Sur actualmente en construcción en todo el mundo, dos están en Corea del Sur en la planta de energía nuclear de Hanul y cuatro están en el proyecto de construcción de una central nuclear más grande del mundo a partir de 2016, en los Emiratos Árabes Unidos en la central nuclear planificada de Barakah. El primer reactor, Barakah-1, está completado en un 85 % y según lo programado para la conexión a la red durante 2017. Dos de los cuatro EPR en construcción (en Finlandia y Francia) están significativamente retrasados ​​y superan sustancialmente los costos.

Recursos renovables

La energía renovable generalmente se define como la energía que proviene de recursos que se reponen naturalmente en una escala de tiempo humana, como la luz solar, el viento, la lluvia, las mareas, las olas y el calor geotérmico. La energía renovable reemplaza a los combustibles convencionales en cuatro áreas distintas: generación de electricidad, agua caliente/calefacción de espacios, combustibles para motores y servicios de energía rural (fuera de la red).

Aproximadamente el 16 % del consumo mundial de energía final actualmente proviene de recursos renovables, con un 10 % de toda la energía de biomasa tradicional, utilizada principalmente para calefacción, y un 3,4 % de hidroelectricidad. Las nuevas energías renovables (pequeña hidroeléctrica, biomasa moderna, eólica, solar, geotérmica y biocombustibles) representan otro 3% y están creciendo rápidamente. A nivel nacional, al menos 30 naciones alrededor del mundo ya cuentan con energías renovables aportando más del 20% del suministro energético. Se prevé que los mercados nacionales de energía renovable continúen creciendo fuertemente en la próxima década y más allá. La energía eólica, por ejemplo, crece a un ritmo del 30% anual, con una capacidad instalada mundial de 282.482 megavatios (MW) a finales de 2012.

Los recursos energéticos renovables existen en amplias áreas geográficas, en contraste con otras fuentes de energía, que se concentran en un número limitado de países. El rápido despliegue de la energía renovable y la eficiencia energética está dando como resultado una seguridad energética significativa, la mitigación del cambio climático y beneficios económicos. En las encuestas internacionales de opinión pública existe un fuerte apoyo a la promoción de fuentes renovables como la energía solar y la energía eólica.

Si bien muchos proyectos de energía renovable son a gran escala, las tecnologías renovables también son adecuadas para áreas rurales y remotas y países en desarrollo, donde la energía suele ser crucial para el desarrollo humano. El Secretario General de las Naciones Unidas, Ban Ki-moon, ha dicho que la energía renovable tiene la capacidad de llevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad.

Hidroelectricidad

La hidroelectricidad es energía eléctrica generada por energía hidroeléctrica; la fuerza del agua que cae o fluye. En 2015, la energía hidroeléctrica generó el 16,6 % de la electricidad total del mundo y el 70 % de toda la electricidad renovable y se esperaba que aumentara un 3,1 % cada año durante los siguientes 25 años.

La energía hidroeléctrica se produce en 150 países, y la región de Asia y el Pacífico generó el 32 por ciento de la energía hidroeléctrica mundial en 2010. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica, con 721 teravatios-hora de producción en 2010, lo que representa alrededor del 17 por ciento del uso doméstico de electricidad. Ahora hay tres plantas hidroeléctricas de más de 10 GW: la presa de las Tres Gargantas en China, la presa de Itaipú en la frontera entre Brasil y Paraguay y la presa de Guri en Venezuela.

El costo de la hidroelectricidad es relativamente bajo, lo que la convierte en una fuente competitiva de electricidad renovable. El costo promedio de la electricidad de una planta hidroeléctrica de más de 10 megavatios es de 3 a 5 centavos de dólar estadounidense por kilovatio-hora. La energía hidroeléctrica también es una fuente flexible de electricidad, ya que las plantas se pueden aumentar y reducir rápidamente para adaptarse a las cambiantes demandas de energía. Sin embargo, la construcción de represas interrumpe el flujo de los ríos y puede dañar los ecosistemas locales, y la construcción de grandes represas y embalses a menudo implica el desplazamiento de personas y vida silvestre. Una vez que se construye un complejo hidroeléctrico, el proyecto no produce residuos directos y tiene un nivel de producción de dióxido de carbono de gas de efecto invernadero considerablemente más bajo que las plantas de energía que funcionan con combustibles fósiles.

Viento

La energía eólica aprovecha la fuerza del viento para impulsar las palas de los aerogeneradores. Estas turbinas provocan la rotación de imanes, lo que genera electricidad. Las torres eólicas generalmente se construyen juntas en parques eólicos. Hay parques eólicos marinos y terrestres. La capacidad mundial de energía eólica se expandió rápidamente a 336 GW en junio de 2014, y la producción de energía eólica representó alrededor del 4 % del uso total de electricidad en todo el mundo y creció rápidamente.

La energía eólica es ampliamente utilizada en Europa, Asia y los Estados Unidos. Varios países han alcanzado niveles relativamente altos de penetración de la energía eólica, como el 21 % de la producción de electricidad estacionaria en Dinamarca, el 18 % en Portugal, el 16 % en España, el 14 % en Irlanda y el 9 % en Alemania en 2010. Para 2011, en veces más del 50% de la electricidad en Alemania y España provino de energía eólica y solar. A partir de 2011, 83 países de todo el mundo utilizan la energía eólica de forma comercial.

Muchos de los parques eólicos terrestres más grandes del mundo se encuentran en Estados Unidos, China e India. La mayoría de los parques eólicos marinos más grandes del mundo se encuentran en Dinamarca, Alemania y el Reino Unido. Los dos parques eólicos marinos más grandes son actualmente London Array y Gwynt y Môr de 630 MW.

Granja eólica	Capacidad actual (MW)	País	notas
Alta (Oak Creek-Mojave)	1,320	Estados Unidos
Parque eólico de Jaisalmer	1,064	India
Parque eólico Roscoe	781	Estados Unidos
Centro de energía eólica de Horse Hollow	735	Estados Unidos
Parque eólico Capricorn Ridge	662	Estados Unidos
Parque Eólico Fountains-Cogealac	600	Rumania
Parque eólico Fowler Ridge	599	Estados Unidos

Solar

La energía solar, la luz radiante y el calor del sol, se aprovecha mediante una gama de tecnologías en constante evolución, como la calefacción solar, la energía solar fotovoltaica, la electricidad solar térmica, la arquitectura solar y la fotosíntesis artificial.

Las tecnologías solares se caracterizan en términos generales como solar pasiva o solar activa, según la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las técnicas solares activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores solares térmicos para aprovechar la energía. Las técnicas solares pasivas incluyen la orientación de un edificio hacia el Sol, la selección de materiales con masa térmica favorable o propiedades de dispersión de la luz, y el diseño de espacios en los que circule el aire de forma natural.

En 2011, la Agencia Internacional de Energía dijo que "el desarrollo de tecnologías de energía solar asequibles, inagotables y limpias tendrá enormes beneficios a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante la dependencia de un recurso autóctono, inagotable y en su mayoría independiente de las importaciones, mejorar la sostenibilidad, reducir la contaminación, reducir los costos de mitigar el cambio climático y mantener los precios de los combustibles fósiles más bajos que de otra manera. Estas ventajas son globales. Por lo tanto, los costos adicionales de los incentivos para el despliegue temprano deben considerarse inversiones de aprendizaje; deben gastarse sabiamente y deben ser ampliamente compartidos". Más de 100 países utilizan energía solar fotovoltaica.

La energía fotovoltaica (PV) es un método para generar energía eléctrica mediante la conversión de la radiación solar en electricidad de corriente continua utilizando semiconductores que exhiben el efecto fotovoltaico. La generación de energía fotovoltaica emplea paneles solares compuestos por una serie de células solares que contienen un material fotovoltaico. Los materiales que se utilizan actualmente para la energía fotovoltaica incluyen silicio monocristalino, silicio policristalino, silicio amorfo, telururo de cadmio y seleniuro/sulfuro de cobre, indio y galio. Debido a la creciente demanda de fuentes de energía renovable, la fabricación de celdas solares y paneles fotovoltaicos ha avanzado considerablemente en los últimos años.

La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía sostenible. A fines de 2018, se había instalado un total de 505 GW en todo el mundo con 100 GW instalados en ese año.

Impulsado por los avances tecnológicos y los aumentos en la escala y sofisticación de la fabricación, el costo de la energía fotovoltaica ha disminuido constantemente desde que se fabricaron las primeras celdas solares, y el costo nivelado de la electricidad (LCOE) de la energía fotovoltaica es competitivo con las fuentes de electricidad convencionales en una lista cada vez mayor de regiones geográficas. La medición neta y los incentivos financieros, como las tarifas de alimentación preferenciales para la electricidad generada por energía solar, han respaldado las instalaciones de energía solar fotovoltaica en muchos países. El tiempo de recuperación de energía (EPBT), también conocido como amortización de energía, depende de la insolación solar anual del lugar y del perfil de temperatura, así como del tipo de tecnología fotovoltaica utilizada. Para la energía fotovoltaica de silicio cristalino convencional, el EPBT es más alto que para las tecnologías de película delgada como los sistemas CdTe-PV o CPV. Además, el tiempo de amortización disminuyó en los últimos años debido a una serie de mejoras, como la eficiencia de las células solares y procesos de fabricación más económicos. A partir de 2014, las fotovoltaicas recuperan de media la energía necesaria para fabricarlas en 0,7 a 2 años. Esto da como resultado aproximadamente el 95% de la energía neta limpia producida por un sistema fotovoltaico solar en la azotea durante una vida útil de 30 años. Las instalaciones pueden estar montadas en el suelo (ya veces integradas con la agricultura y el pastoreo) o construidas en el techo o las paredes de un edificio (ya sea fotovoltaica integrada en el edificio o simplemente en la azotea).

Biocombustibles

Un biocombustible es un combustible que contiene energía de la fijación de carbono geológicamente reciente. Estos combustibles se producen a partir de organismos vivos. Ejemplos de esta fijación de carbono ocurren en plantas y microalgas. Estos combustibles se fabrican mediante una conversión de biomasa (biomasa se refiere a organismos vivos recientemente, más a menudo se refiere a plantas o materiales derivados de plantas). Esta biomasa se puede convertir en sustancias convenientes que contienen energía de tres maneras diferentes: conversión térmica, conversión química y conversión bioquímica. Esta conversión de biomasa puede resultar en combustible en forma sólida, líquida o gaseosa. Esta nueva biomasa se puede utilizar para biocombustibles. Los biocombustibles han ganado popularidad debido al aumento de los precios del petróleo y la necesidad de seguridad energética.

El bioetanol es un alcohol elaborado por fermentación, principalmente a partir de carbohidratos producidos en cultivos de azúcar o almidón como el maíz o la caña de azúcar. La biomasa celulósica, derivada de fuentes no alimentarias, como árboles y pastos, también se está desarrollando como materia prima para la producción de etanol. El etanol se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo de gasolina para aumentar el octanaje y mejorar las emisiones de los vehículos. El bioetanol se usa ampliamente en los EE. UU. y en Brasil. El diseño actual de la planta no contempla la conversión de la porción de lignina de las materias primas vegetales en componentes de combustible por fermentación.

El biodiesel está hecho de aceites vegetales y grasas animales. El biodiesel se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo para diesel para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos de los vehículos que funcionan con diesel. El biodiesel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa. Sin embargo, se están realizando investigaciones para producir combustibles renovables a partir de la descarboxilación.

En 2010, la producción mundial de biocombustibles alcanzó los 105 000 millones de litros (28 000 millones de galones estadounidenses), un 17 % más que en 2009, y los biocombustibles proporcionaron el 2,7 % de los combustibles mundiales para el transporte por carretera, una contribución compuesta en gran parte por etanol y biodiésel. La producción mundial de combustible de etanol alcanzó los 86 000 millones de litros (23 000 millones de galones de EE. UU.) en 2010, con Estados Unidos y Brasil como los principales productores del mundo, que juntos representan el 90 % de la producción mundial. El mayor productor de biodiesel del mundo es la Unión Europea, que representó el 53 % de toda la producción de biodiesel en 2010. A partir de 2011, existen mandatos para mezclar biocombustibles en 31 países a nivel nacional y en 29 estados o provincias.La Agencia Internacional de Energía tiene el objetivo de que los biocombustibles satisfagan más de una cuarta parte de la demanda mundial de combustibles para el transporte para 2050 a fin de reducir la dependencia del petróleo y el carbón.

Geotermia

La energía geotérmica es energía térmica generada y almacenada en la Tierra. La energía térmica es la energía que determina la temperatura de la materia. La energía geotérmica de la corteza terrestre se origina de la formación original del planeta (20%) y de la desintegración radiactiva de los minerales (80%). El gradiente geotérmico, que es la diferencia de temperatura entre el núcleo del planeta y su superficie, impulsa una conducción continua de energía térmica en forma de calor desde el núcleo hacia la superficie. El adjetivo geotérmico proviene de las raíces griegas γη (ge), que significa tierra, y θερμος (termo), que significa caliente.

El calor interno de la Tierra es energía térmica generada por la descomposición radiactiva y la pérdida continua de calor por la formación de la Tierra. Las temperaturas en el límite entre el núcleo y el manto pueden alcanzar más de 4000 ° C (7200 ° F). La alta temperatura y la presión en el interior de la Tierra hacen que parte de la roca se derrita y que el manto sólido se comporte plásticamente, lo que da como resultado que partes del manto se convecten hacia arriba, ya que es más liviana que la roca circundante. La roca y el agua se calientan en la corteza, a veces hasta 370 °C (700 °F).

A partir de las aguas termales, la energía geotérmica se ha utilizado para bañarse desde el Paleolítico y para calentar espacios desde la época de los antiguos romanos, pero ahora es más conocida por la generación de electricidad. En todo el mundo, 11.400 megavatios (MW) de energía geotérmica están en línea en 24 países en 2012. En 2010, se instalaron 28 gigavatios adicionales de capacidad de calefacción geotérmica directa para calefacción urbana, calefacción de espacios, spas, procesos industriales, desalinización y aplicaciones agrícolas.

La energía geotérmica es rentable, confiable, sostenible y respetuosa con el medio ambiente, pero históricamente se ha limitado a áreas cercanas a los límites de las placas tectónicas. Los recientes avances tecnológicos han ampliado drásticamente la gama y el tamaño de los recursos viables, especialmente para aplicaciones como la calefacción del hogar, abriendo un potencial para una explotación generalizada. Los pozos geotérmicos liberan gases de efecto invernadero atrapados en las profundidades de la tierra, pero estas emisiones son mucho más bajas por unidad de energía que las de los combustibles fósiles. Como resultado, la energía geotérmica tiene el potencial de ayudar a mitigar el calentamiento global si se implementa ampliamente en lugar de los combustibles fósiles.

Los recursos geotérmicos de la Tierra son teóricamente más que adecuados para satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad, pero solo una fracción muy pequeña puede explotarse de manera rentable. La perforación y exploración de recursos profundos es muy costosa. Los pronósticos para el futuro de la energía geotérmica dependen de suposiciones sobre tecnología, precios de energía, subsidios y tasas de interés. Los programas piloto, como la opción del cliente de EWEB en el Programa de Energía Verde, muestran que los clientes estarían dispuestos a pagar un poco más por una fuente de energía renovable como la geotérmica. Pero como resultado de la investigación asistida por el gobierno y la experiencia de la industria, el costo de generar energía geotérmica ha disminuido en un 25 % en las últimas dos décadas. En 2001, la energía geotérmica costaba entre dos y diez centavos de dólar por kWh.

Oceánico

La energía marina o energía marina (también denominada a veces energía oceánica, energía oceánica o energía marina e hidrocinética) se refiere a la energía transportada por las olas del océano, las mareas, la salinidad y las diferencias de temperatura del océano. El movimiento del agua en los océanos del mundo crea una gran reserva de energía cinética o energía en movimiento. Esta energía se puede aprovechar para generar electricidad para los hogares, el transporte y las industrias.

El término energía marina abarca tanto la energía de las olas, es decir, la energía de las olas superficiales, como la energía de las mareas, es decir, obtenida de la energía cinética de grandes masas de agua en movimiento. La energía eólica marina no es una forma de energía marina, ya que la energía eólica se deriva del viento, incluso si las turbinas eólicas se colocan sobre el agua. Los océanos tienen una enorme cantidad de energía y están cerca de muchas, si no de la mayoría, de las poblaciones concentradas. La energía oceánica tiene el potencial de proporcionar una cantidad sustancial de nueva energía renovable en todo el mundo.

100% energía renovable

El incentivo para usar energía 100% renovable, para la electricidad, el transporte o incluso el suministro total de energía primaria a nivel mundial, ha sido motivado por el calentamiento global y otras preocupaciones tanto ecológicas como económicas. El uso de energía renovable ha crecido mucho más rápido de lo que se esperaba. El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático ha dicho que existen pocos límites tecnológicos fundamentales para integrar una cartera de tecnologías de energía renovable para satisfacer la mayor parte de la demanda global total de energía.A nivel nacional, al menos 30 naciones alrededor del mundo ya cuentan con energías renovables aportando más del 20% del suministro energético. Además, Stephen W. Pacala y Robert H. Socolow han desarrollado una serie de "cuñas de estabilización" que pueden permitirnos mantener nuestra calidad de vida mientras evitamos un cambio climático catastrófico, y las "fuentes de energía renovable", en conjunto, constituyen el mayor número de sus "cuñas".

Mark Z. Jacobson dice que producir toda la energía nueva con energía eólica, solar e hidroeléctrica para 2030 es factible y que los acuerdos de suministro de energía existentes podrían reemplazarse para 2050. Se considera que las barreras para implementar el plan de energía renovable son "principalmente sociales y políticas, ni tecnológico ni económico". Jacobson dice que los costos de energía con un sistema eólico, solar y de agua deberían ser similares a los costos de energía actuales.

De manera similar, en los Estados Unidos, el Consejo Nacional de Investigación independiente ha señalado que "existen suficientes recursos renovables domésticos para permitir que la electricidad renovable desempeñe un papel importante en la generación de electricidad en el futuro y, por lo tanto, ayude a enfrentar los problemas relacionados con el cambio climático, la seguridad energética y la escalada de los costos de energía... La energía renovable es una opción atractiva porque los recursos renovables disponibles en los Estados Unidos, tomados colectivamente, pueden suministrar cantidades significativamente mayores de electricidad que la demanda interna total actual o proyectada"..

Los críticos del enfoque de "energía 100% renovable" incluyen a Vaclav Smil y James E. Hansen. Smil y Hansen están preocupados por la producción variable de energía solar y eólica, pero Amory Lovins argumenta que la red eléctrica puede hacer frente, al igual que rutinariamente respalda las plantas nucleares y de carbón que no funcionan con las que funcionan.

Google gastó $ 30 millones en su proyecto "Energía renovable más barata que el carbón" para desarrollar energía renovable y evitar el cambio climático catastrófico. El proyecto se canceló después de concluir que, en el mejor de los casos, los avances rápidos en energía renovable solo podrían generar emisiones un 55 por ciento por debajo de las proyecciones de combustibles fósiles para 2050.

Mayor eficiencia energética

Aunque aumentar la eficiencia del uso de la energía no es desarrollo energético per se, puede considerarse bajo el tema del desarrollo energético ya que hace que las fuentes de energía existentes estén disponibles para trabajar.

El uso eficiente de la energía reduce la cantidad de energía necesaria para proporcionar productos y servicios. Por ejemplo, aislar una casa permite que un edificio use menos energía de calefacción y refrigeración para mantener una temperatura agradable. La instalación de lámparas fluorescentes o tragaluces naturales reduce la cantidad de energía necesaria para la iluminación en comparación con las bombillas incandescentes. Las luces fluorescentes compactas usan dos tercios menos de energía y pueden durar de 6 a 10 veces más que las luces incandescentes. La mayoría de las veces, las mejoras en la eficiencia energética se logran mediante la adopción de una tecnología o un proceso de producción eficientes.

Reducir el uso de energía puede ahorrar dinero a los consumidores, si el ahorro de energía compensa el costo de una tecnología energéticamente eficiente. Reducir el uso de energía reduce las emisiones. Según la Agencia Internacional de la Energía, la mejora de la eficiencia energética en los edificios, los procesos industriales y el transporte podría reducir en un tercio las necesidades energéticas del mundo en 2050 y ayudar a controlar las emisiones globales de gases de efecto invernadero.

Se dice que la eficiencia energética y la energía renovable son los pilares gemelos de la política energética sostenible. En muchos países, también se considera que la eficiencia energética tiene un beneficio para la seguridad nacional porque puede usarse para reducir el nivel de importaciones de energía de países extranjeros y puede disminuir la velocidad a la que se agotan los recursos energéticos nacionales.

Se ha descubierto "que para los países de la OCDE, la energía eólica, geotérmica, hidroeléctrica y nuclear tienen las tasas de riesgo más bajas entre las fuentes de energía en producción".

Transmisión

Si bien las nuevas tecnologías rara vez descubren o posibilitan nuevas fuentes de energía, la tecnología de distribución evoluciona continuamente. El uso de celdas de combustible en automóviles, por ejemplo, es una tecnología de entrega anticipada. Esta sección presenta las diversas tecnologías de entrega que han sido importantes para el desarrollo histórico de la energía. Todos ellos dependen en cierto modo de las fuentes de energía enumeradas en el apartado anterior.

Envíos y oleoductos

El carbón, el petróleo y sus derivados se entregan por barco, ferrocarril o carretera. El petróleo y el gas natural también se pueden entregar por tubería y el carbón a través de una tubería Slurry. Los combustibles como la gasolina y el GLP también se pueden entregar a través de aviones. Las tuberías de gas natural deben mantener una cierta presión mínima para funcionar correctamente. Los costos más altos de transporte y almacenamiento de etanol a menudo son prohibitivos.

Transferencia de energía por cable

Las redes eléctricas son las redes utilizadas para transmitir y distribuir energía desde la fuente de producción hasta el usuario final, cuando los dos pueden estar a cientos de kilómetros de distancia. Las fuentes incluyen plantas de generación eléctrica como un reactor nuclear, una planta de energía que quema carbón, etc. Se utiliza una combinación de subestaciones y líneas de transmisión para mantener un flujo constante de electricidad. Las redes pueden sufrir apagones y caídas de tensión transitorias, a menudo debido a daños por el clima. Durante ciertos eventos climáticos espaciales extremos, el viento solar puede interferir con las transmisiones. Las redes también tienen una capacidad de carga o carga predefinida que no se puede exceder de manera segura. Cuando los requisitos de energía exceden lo que está disponible, las fallas son inevitables. Para evitar problemas, se raciona la energía.

Los países industrializados como Canadá, EE. UU. y Australia se encuentran entre los mayores consumidores de electricidad per cápita del mundo, lo que es posible gracias a una amplia red de distribución eléctrica. La red de EE. UU. es una de las más avanzadas, aunque el mantenimiento de la infraestructura se está convirtiendo en un problema. CurrentEnergy proporciona una descripción general en tiempo real del suministro y la demanda de electricidad de California, Texas y el noreste de los EE. UU. Los países africanos con redes eléctricas a pequeña escala tienen un uso anual de electricidad per cápita correspondientemente bajo. Una de las redes eléctricas más poderosas del mundo suministra energía al estado de Queensland, Australia.

Transferencia de energía inalámbrica

La transferencia de energía inalámbrica es un proceso mediante el cual la energía eléctrica se transmite desde una fuente de energía a una carga eléctrica que no tiene una fuente de energía incorporada, sin el uso de cables de interconexión. La tecnología disponible actualmente se limita a distancias cortas y un nivel de potencia relativamente bajo.

Los colectores de energía solar en órbita requerirían la transmisión inalámbrica de energía a la Tierra. El método propuesto consiste en crear un gran haz de ondas de radio de frecuencia de microondas, que se dirigiría a un sitio de antena colectora en la Tierra. Existen desafíos técnicos formidables para garantizar la seguridad y la rentabilidad de dicho esquema.

Almacenamiento

El almacenamiento de energía se logra mediante dispositivos o medios físicos que almacenan energía para realizar una operación útil en un momento posterior. Un dispositivo que almacena energía a veces se llama acumulador.

Todas las formas de energía son energía potencial (p. ej., energía química, gravitatoria, eléctrica, diferencial de temperatura, calor latente, etc.) o energía cinética (p. ej., cantidad de movimiento). Algunas tecnologías proporcionan solo almacenamiento de energía a corto plazo, y otras pueden ser a muy largo plazo, como la conversión de energía a gas utilizando hidrógeno o metano y el almacenamiento de calor o frío entre estaciones opuestas en acuíferos profundos o lecho rocoso. Un reloj de cuerda almacena energía potencial (en este caso mecánica, en la tensión del resorte), una batería almacena energía química fácilmente convertible para operar un teléfono móvil y una represa hidroeléctrica almacena energía en un depósito como energía potencial gravitacional. Los tanques de almacenamiento de hielo almacenan hielo (energía térmica en forma de calor latente) durante la noche para satisfacer la demanda máxima de refrigeración. Los combustibles fósiles como el carbón y la gasolina almacenan energía antigua derivada de la luz solar por organismos que luego murieron, quedaron enterrados y con el tiempo se convirtieron en estos combustibles. Incluso los alimentos (que se fabrican mediante el mismo proceso que los combustibles fósiles) son una forma de energía almacenada en forma química.

Historia

Desde la prehistoria, cuando la humanidad descubrió el fuego para calentar y asar los alimentos, pasando por la Edad Media en la que las poblaciones construyeron molinos de viento para moler el trigo, hasta la era moderna en la que las naciones pueden obtener electricidad partiendo el átomo. El hombre ha buscado sin cesar fuentes de energía.

Excepto la energía nuclear, geotérmica y mareomotriz, todas las demás fuentes de energía provienen del aislamiento solar actual o de restos fósiles de plantas y animales que dependían de la luz solar. En última instancia, la energía solar en sí misma es el resultado de la fusión nuclear del Sol. La energía geotérmica de la roca caliente y endurecida sobre el magma del núcleo de la Tierra es el resultado de la descomposición de los materiales radiactivos presentes debajo de la corteza terrestre, y la fisión nuclear se basa en la fisión hecha por el hombre de elementos radiactivos pesados ​​en la corteza terrestre; en ambos casos estos elementos se produjeron en explosiones de supernovas antes de la formación del Sistema Solar.

Desde el comienzo de la Revolución Industrial, la cuestión del futuro de los suministros energéticos ha sido de interés. En 1865, William Stanley Jevons publicó The Coal Question en el que vio que las reservas de carbón se estaban agotando y que el petróleo era un reemplazo ineficaz. En 1914, la Oficina de Minas de EE. UU. declaró que la producción total era de 5700 millones de barriles (910 000 000 m3). En 1956, el geofísico M. King Hubbert deduce que la producción de petróleo de EE. UU. alcanzaría su punto máximo entre 1965 y 1970 y que la producción de petróleo alcanzaría su punto máximo "dentro de medio siglo" según los datos de 1956. En 1989, máximo previsto por Colin Campbell En 2004, la OPEP estimó que, con inversiones sustanciales, casi duplicaría la producción de petróleo para 2025

Sostenibilidad

El movimiento medioambiental ha hecho hincapié en la sostenibilidad del uso y desarrollo de la energía. La energía renovable es sostenible en su producción; el suministro disponible no disminuirá en el futuro previsible: millones o miles de millones de años. "Sostenibilidad" también se refiere a la capacidad del medio ambiente para hacer frente a los productos de desecho, especialmente la contaminación del aire. Las fuentes que no tienen productos de desecho directos (como la energía eólica, solar e hidroeléctrica) se mencionan en este punto. Con el crecimiento de la demanda mundial de energía, también crece la necesidad de adoptar diversas fuentes de energía. La conservación de la energía es un proceso alternativo o complementario al desarrollo de la energía. Reduce la demanda de energía al utilizarla de manera eficiente.

Resiliencia

Algunos observadores sostienen que la idea de "independencia energética" es un concepto opaco y poco realista. La oferta alternativa de "resiliencia energética" es una meta alineada con las realidades económicas, de seguridad y energéticas. La noción de resiliencia en la energía se detalló en el libro de 1982 Brittle Power: Energy Strategy for National Security.Los autores argumentaron que simplemente cambiar a la energía doméstica no sería inherentemente seguro porque la verdadera debilidad es la infraestructura energética a menudo interdependiente y vulnerable de un país. Los aspectos clave, como las líneas de gas y la red eléctrica, a menudo están centralizados y son fácilmente susceptibles a interrupciones. Concluyen que un "suministro de energía resistente" es necesario tanto para la seguridad nacional como para el medio ambiente. Recomiendan un enfoque en la eficiencia energética y la energía renovable descentralizada.

En 2008, el ex presidente y director ejecutivo de Intel Corporation, Andrew Grove, se centró en la resiliencia energética y argumentó que la independencia total es inviable dado el mercado mundial de la energía. Describe la resiliencia energética como la capacidad de adaptarse a las interrupciones en el suministro de energía. Con ese fin, sugiere que Estados Unidos haga un mayor uso de la electricidad.La electricidad se puede producir a partir de una variedad de fuentes. Un suministro diverso de energía se verá menos afectado por la interrupción del suministro de cualquier fuente. Él razona que otra característica de la electrificación es que la electricidad es "pegajosa", lo que significa que la electricidad producida en los EE. UU. debe permanecer allí porque no puede transportarse al extranjero. Según Grove, un aspecto clave del avance de la electrificación y la resiliencia energética será convertir la flota de automóviles de EE. UU. de motor a gasolina a motor eléctrico. Esto, a su vez, requerirá la modernización y ampliación de la red eléctrica. Como han señalado organizaciones como The Reform Institute, los avances asociados con el desarrollo de la red inteligente facilitarían la capacidad de la red para absorber vehículos en masa.conectarse a él para cargar sus baterías.

Presente y futuro

Las extrapolaciones del conocimiento actual al futuro ofrecen una opción de futuros energéticos. Las predicciones son paralelas a la hipótesis de la catástrofe de Malthus. Numerosos son escenarios basados ​​en modelos complejos como los iniciados por Limits to Growth. Los enfoques de modelado ofrecen formas de analizar diversas estrategias y, con suerte, encontrar un camino hacia el desarrollo rápido y sostenible de la humanidad. Las crisis energéticas a corto plazo también son una preocupación del desarrollo energético. Las extrapolaciones carecen de plausibilidad, particularmente cuando predicen un aumento continuo en el consumo de petróleo.

La producción de energía generalmente requiere una inversión en energía. La extracción de petróleo o la construcción de una planta de energía eólica requiere energía. Los recursos de combustibles fósiles que quedan a menudo son cada vez más difíciles de extraer y convertir. Por lo tanto, pueden requerir inversiones energéticas cada vez mayores. Si la inversión es mayor que el valor de la energía producida por el recurso, deja de ser una fuente de energía efectiva. Estos recursos ya no son una fuente de energía, pero pueden explotarse como materias primas. La nueva tecnología puede reducir la inversión en energía necesaria para extraer y convertir los recursos, aunque, en última instancia, la física básica establece límites que no se pueden superar.

Entre 1950 y 1984, cuando la Revolución Verde transformó la agricultura en todo el mundo, la producción mundial de cereales aumentó un 250 %. La energía para la Revolución Verde fue proporcionada por combustibles fósiles en forma de fertilizantes (gas natural), pesticidas (petróleo) e irrigación alimentada con hidrocarburos. El pico de la producción mundial de hidrocarburos (pico del petróleo) puede dar lugar a cambios significativos y exigir métodos de producción sostenibles. Una visión de un futuro energético sustentable implica que todas las estructuras humanas en la superficie de la tierra (es decir, edificios, vehículos y caminos) realicen fotosíntesis artificial (usando la luz solar para dividir el agua como fuente de hidrógeno y absorbiendo dióxido de carbono para producir fertilizante) de manera más eficiente que las plantas.

Con la actividad económica de la industria espacial contemporánea y los vuelos espaciales privados relacionados, con las industrias manufactureras, que van a la órbita de la Tierra o más allá, llevarlas a esas regiones requerirá un mayor desarrollo energético. Los investigadores han contemplado la energía solar basada en el espacio para recolectar energía solar para su uso en la Tierra. La energía solar basada en el espacio ha estado en investigación desde principios de la década de 1970. La energía solar basada en el espacio requeriría la construcción de estructuras colectoras en el espacio. La ventaja sobre la energía solar basada en tierra es una mayor intensidad de luz y ningún clima que interrumpa la recolección de energía.