ENERGÍAS ALTERNATIVAS

Las energías alternativas o renovables: las podemos definir como energías presentes de forma potencial en la naturaleza, y con posibilidades de utilización prácticamente ilimitadas cuya fuente de obtención se renueva constantemente. Además son una alternativa a otras tradicionales produciendo así un impacto ambiental mínimo sin la destrucción del medio ambiente, lo que ha dado un positivo resultado a la escasez de fuentes de energías convencionales en todo el mundo.
Este es un tema que nos va a tocar a todos los ingenieros en algún momento porque no hay ningún proceso de la ingeniería que no utilice energía: Los ingenieros químicos se relacionan con la parte de producción de biocombustibles en donde ya han abarcado un campo bastante amplio. Los ingenieros Industriales en la parte de logística, de operaciones. Por ejemplo el cómo lograr almacenamiento de la biomasa o como utilizar rutas críticas que deben llevar de una manera eficaz los procesos por diferentes pasos. Los ingenieros de sistemas están vinculados a través del manejo de información de diferentes tipos, siendo este un gran problema que se genera en este campo, también en la parte de modelamiento, simulación y generación de software. Los ingenieros de alimentos se ven involucrados en la parte de seguridad alimenticia, ya que se genera un problema por el mal uso de ciertas fuentes energéticas o ciertas plantas para producir biodiesel y etanol. Hay dos factores fundamentales que han llevado al desarrollo de las fuentes de energías renovables o alternativas: * Factores económicos: los altos precios del petróleo que se han incrementado en los últimos 15 años y resulta ser un recurso no renovable que algún día se va a agotar.

* Factores ambientales: los cuales están orientados fundamentalmente al calentamiento global, un fenómeno por el cual la temperatura promedio de la tierra tiende a aumentar, y en virtud de ese aumento las capas de hielo de los glaciares van a derretirse causando grandes problemas ambientales, como el aumento en el nivel de los mares u océanos y el cambio climático en muchas regiones del mundo.

El calentamiento global se debe fundamentalmente a los gases de efecto invernadero: Dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (NOx). Cuando el sol emite la radiación la gran mayoría es absorbida por la superficie de la tierra y parte de esa es reflejada a la atmósfera siendo esta parte atrapada por dichos gases que se encargan de almacenarla dando como resultado de esta concentración de calor un aumento en la temperatura promedio terrestre.
Esta temperatura en los últimos años ha aumentado 0.4°Celsius y si esta tendencia se mantiene para el 2020 aumentaría a 0.8° Celsius y esto es un aumento significante que provoca cambios en los equilibrios de la naturaleza tanto terrestres como marinos que son bastantes delicados.

* Las fuentes que generan gases invernadero son:
Producción de energía con 25.9% aprox., industria con19.4%, construcción de edificios, transporte, agricultura y piscicultura se dividen los demás porcentajes.
Mediante la producción de energías alternativas, mejoramiento de procesos en la industria o en la parte de transporte generando combustibles limpios hay algunos de estos gases que se pueden aminorar, aminorando su impacto.

* Las fuentes más usadas para generar energía a nivel mundial son:
Petróleo, carbón, gas natural, biomasa, cuerpos de agua, el calor interior de la tierra, el viento, el sol y la energía nuclear.

Las fuentes de energías alternativas en la actualidad representan un 20% del consumo mundial de electricidad, siendo el 90% de origen hidráulico. El resto es muy marginal: biomasa 5,5%, geotérmica 1,5%, eólica 0,5% y solar 0,05%.
Alrededor de un 80% de las necesidades de energía en las sociedades industriales occidentales se centran en torno a la industria, la calefacción, la climatización de los edificios y el transporte (carros, trenes, aviones). Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones a gran escala de la energía renovable se concentra en la producción de electricidad

El consumo energético está ligado principalmente a la población, mientras más gente haya más energía se va a consumir. Desde 1975 hasta 1990 los consumos de energía crecieron un 40%, un 2.4% anual.

Las fuentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: no contaminantes o limpias y contaminantes. Entre las primeras:

* El viento: energía eólica. * El Sol: energía solar. * Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica. * El calor de la Tierra: energía geotérmica

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Las contaminantes se obtienen a partir de la materia orgánica o biomasa, y se pueden utilizar directamente como combustible (madera u otra materia vegetal sólida), bien convertida en bioetanol mediante procesos de fermentación orgánica o en biodiesel, mediante reacciones de transesterificación y de los residuos urbanos.
Las energías de fuentes renovables contaminantes tienen el mismo problema que la energía producida por combustibles fósiles: en la combustión emiten dióxido de carbono, gas de efecto invernadero, y a menudo son aún más contaminantes puesto que la combustión no es tan limpia, emitiendo hollines y otras partículas sólidas. Se encuadran dentro de las energías renovables porque mientras puedan cultivarse los vegetales que las producen, no se agotarán. También se consideran más limpias que sus equivalentes fósiles, porque teóricamente el dióxido de carbono emitido en la combustión ha sido previamente absorbido al transformarse en materia orgánica mediante fotosíntesis.

ENERGÍA EÓLICA

La energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir, mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire. Se obtiene a través de una turbinas eólicas son las que convierten la energía cinética del viento en electricidad por medio de aspas o hélices que hacen girar un eje central conectado, a través de una serie engranajes (la transmisión) a un generador eléctrico. Una turbina eólica puede estar operando el 98% del tiempo, el otro 2% que hace paro es para mantenimiento. Mientras más grande sea el diámetro del rotor de la turbina sale más barato producir energía.
Para el año 2000 países como Canadá, España, Estados Unidos, Argentina, India ya tenían algunos desarrollos en este tipo de energía. Para el año 2003 Colombia ya había empezado a trabajar un poco en este tema y desarrollo en la guajira el Parque eólico Jepirachí. Más países han entrado en la onda de la energía eólica porque los costos han bajado y porque ésta ya alcanzo la madurez tecnológica que hace que sea confiable.

ENERGÍA SOLAR

El sol es la fuente primaria de luz y calor en la tierra, por esta razón se puede considerar como una fuente renovable; para generarla, se usa como fuente la radiación solar que llega a la Tierra. Cada año la radiación solar aporta a la Tierra la energía equivalente a varios miles de veces la cantidad de energía que consume la humanidad. Recogiendo de forma adecuada la radiación solar, esta puede transformarse en otras formas de energía como energía térmica o energía eléctrica utilizando paneles solares.
Mediante colectores solares, la energía solar puede transformarse en energía térmica, y utilizando paneles fotovoltaicos la energía luminosa puede transformarse en energía eléctrica. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí en cuanto a su tecnología. Así mismo, en las centrales térmicas solares se utiliza la energía térmica de los colectores solares para generar electricidad.
Este tipo de energía es gratuita, no genera emisiones y es silenciosa. Además es una de las pocas tecnologías renovables que pueden ser integradas al paisaje urbano y es útil en zonas rurales de difícil acceso.
Es una de las que más mencionadas y de las que se ha desarrollado mucho últimamente pero todavía no es visible.
La energía solar tiene dos características: * La dispersión: no se encuentra concentrada en un solo punto, está distribuida por todo lado y hay que tener grandes extensiones de terreno para poder recolectarla. * La intermitencia: que de día hay sol de noche no.

ENERGÍA HIDRAULICA

Es aquella que usa como fuente, la fuerza del agua de ríos y lagos. Se transforma mediante las plantas de generación hidráulica y genera electricidad.
La hidroelectricidad es un método altamente eficiente en la generación de electricidad y no contamina. Sólo es aconsejable para los países que tienen climas y topografías apropiadas, como Colombia, donde hay un gran desarrollo de estas infraestructuras.
La producción a gran escala de energía hidroeléctrica posee algunos inconvenientes porque para generar este tipo de energía se deben construir represas, que pueden incluir la desviación del curso de ríos, inundación de tierras arables y el desplazamiento de personas. Por otro lado, los hábitats silvestres son afectados y los peces pueden morir atrapados en las turbinas.

ENERGÍA GEOTERMICA

Proviene del calor procedente del centro de la tierra. Se transforma mediante perforaciones muy profundas para usar la fuerza calorífica bajo la superficie de la tierra para producir electricidad.
Esta energía es libre de contaminación, pero cuesta dos o tres veces más de lo normal y es limitada en zonas con actividad tectónica.
Parte del calor interno de la Tierra (5.000 °C) llega a la corteza terrestre. En algunas zonas del planeta, cerca de la superficie, las aguas subterráneas pueden alcanzar temperaturas de ebullición, y, por tanto, servir para accionar turbinas eléctricas o para calentar.
En estados Unidos y en Filipinas se usa bastante y aquí en Colombia se han empezado a realizar algunos estudios incipientes con respecto a la determinación del potencial destacando como zonas los volcanes Chiles - Cerro negro , el volcán Azufral en el departamento de Nariño, El Parque Nacional de los Nevados y el Área Geotérmica de Paipa - Iza Boyacá.

BIOMASA

Es todo la materia orgánica que procede de los árboles, plantas, desechos animales y que pueden ser convertidos en energía. Se produce al quemar biomasa, como madera o plantas
Este tipo de energía emite poco dióxido de carbono y podría ser una solución a los métodos alternativos para eliminar desechos (entierro de basura y quema al aire libre). La dificultad es que requiere alta inversión de capital y su rentabilidad sólo se vería a largo plazo.
La formación de biomasa a partir de la energía solar se lleva a cabo por el proceso denominado fotosíntesis vegetal que a su vez es desencadenante de la cadena biológica. Mediante la fotosíntesis las plantas que contienen clorofila, transforman el dióxido de carbono y el agua de productos minerales sin valor energético, en materiales orgánicos con alto contenido energético y a su vez sirven de alimento a otros seres vivos. La biomasa mediante estos procesos almacena a corto plazo la energía solar en forma de carbono. La energía almacenada en el proceso fotosintético puede ser posteriormente transformada en energía térmica, eléctrica o carburantes de origen vegetal, liberando de nuevo el dióxido de carbono almacenado.
En Colombia se tienen estudios de producción de biomasa con el bagazo de la caña, que se estima una producción anual de 1.5 millones de toneladas ,de cascarilla de arroz, con la que se producen más de 457.000 toneladas al año y producción de palma africana. Las zonas más adecuadas para generar esta energía son los Santanderes, los Llanos Orientales y la Costa Atlántica

En los últimos años, los avances tecnológicos han permitido el uso eficiente de esta biomasa y que los procesos sean más amigables con el medio ambiente para producir combustibles.

Los procesos fundamentalmente son: * Termoquímicos: someter la biomasa a altas temperaturas en ausencia de oxigeno para generar bio-oil. * Bioquímicos: las micro-algas por medio de sus procesos capturan CO2 y generan aceite y por medio de este se puede generar biodiesel.

También se encuentran diferentes fuentes de hidromasa:
Residuos sólidos municipales y animales que producen metano el cual se puede utilizar como combustible.
Residuos industriales, residuos agrícolas y aguas residuales domésticas que poseen bastantes nutrientes para los micro organismos que pueden producir alimento para micro-algas.

Beneficios:
Reduce la dependencia de los combustibles fósiles y productos del petróleo. Menor emisión de gases de efecto invernadero, reduciendo el smog y gases tóxicos.
Diversificación de las fuentes de energía.
Uso de productos orgánicos y desperdicios.
Vinculan a las poblaciones rurales en la producción de energía.

Riesgos:
El hecho de tener unas grandes extensiones de tierra cultivada para producir biocombustibles implica utilizar una gran cantidad de agua generando problemas, pues las plantas deben utilizar fertilizantes y agroquímicos contaminando dicha agua.
Conflictos de deslazamiento p0r utilización de tierras.

¿Son las energías renovables la solución a los problemas del cambio climático?

La discusión energía alternativa convencional no es una mera clasificación de las fuentes de energía, sino que representa un cambio que necesariamente tendrá que producirse durante este siglo. Es importante reseñar que las energías alternativas, aun siendo renovables, también son finitas, y como cualquier otro recurso natural tendrán un límite máximo de explotación. Por tanto, incluso aunque podamos realizar la transición a estas nuevas energías de forma suave y gradual, tampoco van a permitir continuar con el modelo económico actual basado en el crecimiento perpetuo. Es por ello por lo que surge el concepto del Desarrollo sostenible. Dicho modelo se basa en las siguientes condiciones:

* El uso de fuentes de energía renovable, ya que las fuentes fósiles actualmente explotadas terminarán agotándose, según los pronósticos actuales, en el transcurso de este siglo XXI. * El uso de fuentes limpias, abandonando los procesos de combustión convencionales y la fisión nuclear. * La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose como alternativa el fomento del autoconsumo, que evite en la medida de lo posible la construcción de grandes infraestructuras de generación y distribución de energía eléctrica. * La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del rendimiento de los dispositivos eléctricos (electrodomésticos, lámparas, etc.) * Reducir o eliminar el consumo energético innecesario. No se trata sólo de consumir más eficientemente, sino de consumir menos, es decir, desarrollar una conciencia y una cultura del ahorro energético y condena del despilfarro. * La producción de energías limpias, alternativas y renovables no es por tanto una cultura o un intento de mejorar el medio ambiente, sino una necesidad a la que el ser humano se va a ver abocado, independientemente de nuestra opinión, gustos o creencias.

Además hay que tener en cuenta que o todas las fuentes de energía no son adecuadas en todos los casos y que todas las fuentes de energía tienen impactos sociales, ambientales, económicos y tecnológicos