Ecología 5to. Semestre

Lic. Químico Fármaco Biólogo

Juan Antonio Orozco Hdez.

Apogeo y Ocaso de los Combustibles Fósiles

COMBUSTIBLES FOSILES. Los combustibles fósiles son mezclas de

compuestos orgánicos que se extraen del subsuelo con el objetivo de producir energía por combustión. Se consideran combustibles fósiles al carbón, procedente de bosques del periodo carbonífero, y al petróleo y el gas natural procedente de otros organismos.

En el presente se utilizan los combustibles fósiles como el 97% de la energía primaria que se consume en el mundo, 38% es carbón, 40% es petróleo y 19% es gas natural. Estas generan contaminación y no son renovables. Se estima que el petróleo durará 45 años más, el gas natural 65 y el carbón 230. No obstante, existen diversas opciones de generación eléctrica ajenas a los combustibles fósiles que podrían mitigar la dependencia que la sociedad moderna tiene de estos recursos escasos y contaminantes.

EL GAS NATURALEl gas natural es una mezcla de gases que se

encuentra frecuentemente en yacimientos fósiles, solo o acompañando al petróleo o a los depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se extrae, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 o 95%, y suele contener otros gases como nitrógeno, etano, CO2, H2S, butano, propano, mercaptanos y trazas de hidrocarburos más pesados.  

La combustión del gas natural, al ser un combustible fósil produce un aporte neto de CO2 a la atmósfera.

PETRÓLEOEs una mezcla compleja no homogénea de

hidrocarburos. Éste, por lo general, es el resultado de restos fósiles. Es un recurso natural no renovable, y actualmente también es la principal fuente de energía en los países desarrollados. El petróleo líquido puede presentarse asociado a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.

Sobreexplotación de petróleo La energía en forma de petróleo constituye

nuestro primer producto de importación, que asciende a mas de 1.200 millones de pesos cada año (12%). Desgraciadamente, el segundo producto de importación lo constituyen los automóviles, que asciende a 1.100 millones de pesos cada año (11%).

De acuerdo con esta situación, debemos preguntarnos: ¿Es sostenible esta situación? ¿Qué ocurriría en mexico si se da un aumento brusco de precios en los combustibles fósiles, o si se produce un desabastecimiento?

Reservas de petróleoHay entre 6,8 y 7,2 barriles de petróleo por

tonelada, en dependencia de la densidad del petróleo. Por tanto, las reservas de crudo se calculan entre 970 y 1003 billones de barriles de petróleo.

La mayoría de las principales reservas mundiales han entrado en declive y solo las de oriente medio mantienen un crecimiento sostenido.

El aumento sostenido de su precio o crisis históricas como la de 1973, la imposibilidad de renovar este recurso energético, y los impactos medioambientales

Petróleos Mexicanos PEMEX es una paraestatal mexicana, creada en 1938, que cuenta con un monopolio constitucional para la explotación de los recursos energéticos (principalmente petróleo y gas) en territorio mexicano, aunque también cuenta con diversas operaciones en el extranjero. PEMEX es la única empresa que puede explotar el petróleo en México.

¿CUANTO PETRÓLEO QUEDA EN EL MUNDO?

Según diversos estudios, en 2002 quedaban en el mundo entre 990.000 millones y 1,1 billones de barriles de crudo por extraer. Esto significa que al ritmo actual de consumo mundial estas reservas se agotarían hacia el año 2043, fecha que podría ser más cercana si el consumo de energía aumentara, como se prevé que ocurra por parte de los países en vías de desarrollo

¿QUÉ PAÍSES SON PRODUCTORES DE PETRÓLEO?

Las tres zonas que concentran la producción mundial son Oriente Medio, la antigua Unión Soviética y Estados Unidos; en torno al 70% del crudo del mundo procede de ellas.

El caso de Estados Unidos es peculiar. Pese a beneficiarse de una producción muy alta, resulta insuficiente para satisfacer su consumo interno, por lo que se ve obligado a importar petróleo

EL CALENTAMIENTO GLOBAL COMO LIMITANTE

La mayoría de la electricidad actualmente se genera quemando combustibles fósiles. Esto produce altas temperaturas, que mueven algún tipo de máquina térmica, a menudo una turbina de vapor.

Más graves son las preocupaciones acerca de las emisiones que resultan del quemado de combustible fósil, el cual constituye un repositorio significativo del carbón enterrado bajo tierra. Al quemarse se produce la conversión de este carbón el dióxido de carbono, el cual se diluye en la atmósfera, lo que produce un incremento en los niveles del dióxido de carbono atmosférico, que refuerza el efecto invernadero y contribuye al calentamiento global de la Tierra.

Los combustibles fósiles, en particular el carbón, también contiene en disolución material radioactivo, por lo que, al quemarlo en muy grandes cantidades, arrojan este material al ambiente, provocando niveles de contaminación radiactiva local y global bajos pero reales.

Dependiendo del tipo de combustible fósil y del método de quemado, también se pueden producir otras emisiones. A menudos se emiten Ozono, dióxido de azufre, NO2 y otros gases, así como humos

PROMESAS Y PROBLEMAS DE LA ENERGIA NUCLEAR

ENERGIA NUCLEARLa energía nuclear es una forma de energía

que se obtiene de la desintegración (fusión) o integración (fisión) de los átomos. Esta forma de energía es de tal magnitud que puede generar millones de watios de energía eléctrica en un solo proceso de fusión o fusión.

La energía nuclear es aquella que resulta del aprovechamiento de la capacidad que tienen algunos isótopos de ciertos elementos químicos para experimentar reacciones nucleares y emitir energía en la transformación

Reactor Nuclear Es una instalación física

donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal producción de energía generada. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica.

FISION NUCLEARLa fisión nuclear del uranio es la principal

aplicación práctica civil de Energía Nuclear, y se emplea en cientos de centrales nucleares en todo el mundo, en países como Francia, Japón, Estados Unidos, Alemania, Argentina, Brasil, Suecia, España, China, Rusia, Corea del Norte, México, Pakistán, India o Irán. Tiene como principal ventaja que no usa combustibles fósiles, con lo que no emite a la atmósfera gases tóxicos o de efecto invernadero.

Los neutrones que escapan de la fisión, al bajar su energía cinética, se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una Reacción Nuclear en Cadena. Cabe señalar, que los núcleos atómicos utilizados son de Uranio - 235.

FUSION NUCLEARLa fusión es otra de las energías nucleares posibles,

siendo estudiada en estos momentos la viabilidad de su aplicación en centrales de producción eléctrica. Esta posibilidad promete ser la opción más eficiente y limpia de las conocidas por el hombre para generar electricidad. Sin embargo aun faltan varios años para poder ser utilizadas.

La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atómico más pesado con mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones.

REACTOR TORUS Para obtener núcleos

de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado Plasma Físico

COMBUSTIBLE EN UN REACTOR El combustible en un reactor se encuentra en

forma sólida, siendo el más utilizado el Uranio bajo su forma isotópica de U-235. Sin embargo, hay elementos igualmente fisionables, como por ejemplo el Plutonio que es un subproducto de la fisión del Uranio.  

Este tipo de energía tiene las ventajas de que los elementos necesarios para la fusión nuclear abundan en el planeta y los desechos que produce son, además de poco cuantiosos, elementos estables que pueden ser devueltos a la naturaleza

SEGURIDAD EN LOS REACTORES NUCLEARES O SISTEMAS DE CONTROL.

Básicamente está constituido por las barras de control y por diversa instrumentación de monitoreo. Las barras de control son accionadas por una serie de sistemas mecánicos, eléctricos u electrónicos, de tal manera de asegurar con rapidez la extinción de las reacciones nucleares.

OTROS USOS DE LA ENERGIA NUCLEAR.

Desde finales de los años 40, se produce una expansión en el empleo pacífico de diversos tipos de Isótopos Radiactivos en diversas áreas del quehacer científico y productivo del hombre tales como: Medicina, Agropecuaria, Mutaciones, Alimentos, Radio análisis, Radiofármacos, Imágenes, Datación, etc.

POSIBILIDAD DE ACCIDENTESCHERNOBYL 26 DE ABRIL DE 1986 00:28-01:23 Una explosión desgarró el Reactor 4 de la central

eléctrica de Chernóbil. Una combinación entre violación de los procedimientos, fallas de diseño, interrupción en las comunicaciones y falta de procedimientos de seguridad, llevaron al peor accidente nuclear de la historia. Treinta y un miembros del personal de Chernobyl y bomberos murieron tanto inmediatamente, como poco después de la explosión. Se estima que más de 2.500 personas de los alrededores han muerto desde 1986, y que otros miles están experimentando problemas de salud a causa de los altos niveles de radiación producidos por el accidente.

ENERGIA SOLAR Y OTRAS FUENTES RENOBABLES

Energía solar es la energía obtenida directamente del Sol. La radiación solar incidente en la Tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o directamente a través del aprovechamiento de la radiación en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como energía verde

una celda fotovoltaica de 100 centímetros cuadrados puede producir 1.500 watios.

Celda Fotovoltaica

ENERGIA VERDE O ENERGIA ECOLOGICAEnergía o electricidad verde o limpia es un término

para describir la electricidad generada a partir de fuentes de energía primaria respetuosas con el medio ambiente. Las energías verdes son energías renovables que no contaminan

Clasificación Como fuentes de energía verdes, se encuentran:

Energía solar Energía eólica Energía de las mareas Energía de la biomasa, de donde se obtienen

biocombustibles, como el bioetanol, el biometanol, el biodiésel o el biogás

Energía geotérmica

La primera ventaja de una cierta cantidad de fuentes de energía renovables es que no producen gases de efecto invernadero ni otras emisiones, contrariamente a lo que ocurre con los combustibles, sean fósiles o renovables. Algunas fuentes renovables no emiten dióxido de carbono adicional

La Central hidroeléctrica. Representa 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%.

Algunas fuentes renovables no emiten dióxido de carbono adicional, salvo los necesarios para su construcción y abaratan costos de producción y manunufactura.

ENERGÍA EÓLICA Las plantas de energía eólica trabajan sobre

el principio de la fuerza aerodinámica. El golpe del viento en la lámina del rotor genera presión positiva por debajo del aspa, mientras que por encima de ella se genera presión negativa. Esta diferencia de presiones genera una fuerza de elevación, que las centrales modernas de energía eólica utilizan para su funcionamiento y, por lo tanto, para la producción de electricidad.

La idea de un parque de energía eólica volador, suena como algo de ciencia ficción. Tendría dos rotores y produciría electricidad a una altura de cinco kilómetros, donde soplan vientos fuertes y regulares.

ENERGÍA HIDRÁULICA La energía hidráulica es una energía que se

obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores.

CENTRALES ELÉCTRICAS DE OLEAJE La tecnología es realmente bastante sencilla:

no es el agua la que genera la energía, sino el viento que desplaza ese agua. La planta consiste en un depósito en forma de pipa, que se encuentra debajo de la superficie del agua. El nivel del agua sube y baja con el oleaje y el aire en las pipas es impulsado hacia arriba o succionado hacia abajo.

las turbinas, produce electricidad también cuando las olas bajan. De esta forma, el “Limpet 500” produce 500 kilovatios –suficientes para abastecer alrededor de 400 viviendas.

ENERGÍA DE BIOMASALa biomasa, desde el punto de vista energético, se

considera como el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal, que es susceptible de ser utilizada con fines energéticos. Incluye también los materiales procedentes de la transformación natural o artificial de la materia orgánica.

La biomasa es la abreviatura de “masa biológica” y se obtiene de los recursos biológicos. La biomasa comprende una inmensa gama de materiales orgánicos. La energía proveniente de la biomasa se divide en muchos grupos.

Energía de combustión directa Energía de conversión térmica Energía por fermentación alcohólica Energía anaeróbica

BIODIESELEl biodiesel es un biocombustible sintético

líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.

La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, También se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso la materia prima es muy barata

GASOLEO

El gasóleo, también denominado gasoil o diésel, es un líquido de color blancuzco o verdoso y de densidad sobre 850 kilogramos por metro cúbico, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores diésel y en calefacción.

ENERGÍA GEOTÉRMICAParte del calor interno de la Tierra (5000ºC)

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.

ALTERNATIVAS PARA OBTENER ENERGÍA

La basura, materia prima que también se transforma en energía El proceso consiste en transformar materia orgánica como residuos agrícolas e industriales, desperdicios varios, aguas negras, residuos municipales, residuos ganaderos, troncos de árbol o restos de cosechas en energía calórica o eléctrica. No obstante, aunque se trate de una energía renovable, no es exactamente una energía limpia, ya que la combustión de esta biomasa emite componentes químicos que perjudican las condiciones naturales de la atmósfera.

Conversión termoquímica y biológicaLa conversión termoquímica utiliza vegetales

y desechos orgánicos para producir calor mediante la combustión. Hay varias modalidades: pirólisis (descomposición térmica de materiales que contienen carbono cuando no hay oxígeno), hidrogenación (se obtienen hidrocarburos de desechos orgánicos), hidrogasificación (el estiércol se convierte en metano y etano, al someterlo a presiones elevadas), y finalmente, fermentación y destilación (se obtiene alcohol a partir de granos y de desechos vegetales).

En la conversión biológica se aprovecha el calor que se obtiene de la descomposición de las bacterias aeróbicas (las que requieren oxígeno). Dos claros ejemplos son el tratamiento de aguas negras y de fertilizantes que, sometidos a un proceso de descomposición, producen gas combustible gracias a la digestión anaeróbica.

Desechos orgánicos urbanosLos desechos orgánicos de las grandes urbes,

como los componentes orgánicos de la basura, pueden utilizarse para generar energía eléctrica que pase a formar parte del sistema eléctrico global, pero también sirven como productor de energético doméstico directo, ya que en su descomposición produce el gas metano que se puede distribuir por las canalizaciones.

En un gran vertedero de basura de Monterrey se instaló una planta procesadora. Se cavaron en el suelo grandes fosas subterráneas que fueron rellenadas con residuos fecales y cubiertos con arcilla, aislante natural. En la primera fosa o celda se vertieron 80.000 toneladas de estos residuos. Este dispositivo, que produce energía a partir de los gases que libera la descomposición de la basura orgánica, se encuentra en su fase inicial, pero se prevé que genere un megavatio de potencia durante 20 años. Así, tendría la capacidad de alimentar 10.000 picos de luz de 100 watios encendidos las 24 horas del día durante 20 años o el consumo promedio de 300 hogares.

Estilos de Vida y Sostenibilidad

DE LA ESTRUCTURA URBANA AL DESORDEN

El 50% de la población humana vive en zonas apropiadas, que corresponde sólo al 5% de la superficie terrestre. Ese 50% de la población no se distribuye apropiadamente: una parte habita en zonas rurales, con bajo promedio de población. El resto vive en ciudades con mayor promedio de población, que hace necesaria una organización que abarque distintos aspectos

Por un lado, el crecimiento de los habitantes del planeta asociado a sus particulares estilos de vida y consumo (opulencia en los países ricos y miseria en los países pobres) tiene unos claros límites dentro de un sistema cerrado como es la Tierra. Debido a esto buscan cada vez un territorio para poder subsistir y expandirse, aprovechar los recursos naturales, sobre explotarlo y deteriorar el sistema hasta sentirse seguro, o incluso hasta llegar a creer q tiene una calidad de vida buena cuando el deterioro al planeta es basto.

  Cada vez son mas las tierras que se destinan a zonas rurales para el habitad de los seres humanos sin importar devastar grandes territorios naturales, protegidos y deteriorando el medio ambiente.

La sobrepoblación también influye en el deterioro ambiental al exigir mas recursos.

EFECTOS AMBIENTALES DE LOS ASENTAMIENTOS DESORDENADOS.

Si continuamos con nuestros patrones actuales de consumo, el futuro puede que no sea muy prometedor. Estimaciones actuales muestran que nuestro planeta, como resultado de la sobreexplotación del suelo y la deforestación, pierde cada año una superficie de tierra fértil.

Cuanto más dañamos nuestro entorno, mayor es el riesgo al que nos exponemos tanto nosotros como las futuras generaciones. Cada día se extinguen 50 especies de plantas. Los científicos creen que las plantas son la clave para encontrar la cura de un gran número de enfermedades. De tal manera que cada especie que se pierde no sólo representa un daño irreparable para el ecosistema, sino que también es una oportunidad perdida para nuestro futuro desarrollo.

LA CONTAMINACIÓN SE ESTABLECE EN FUNCION A LA URBANIZACION

A) Disminución de superficies utilizables:La población humana se ha visto forzada, en

este último siglo a modificar los espacios naturales, como por ejemplo los suelos:

Los suelos han sido explotados por el hombre durante milenios, y constituyen un potencial de fertilidad que se puede mantener e incluso mejorar gracias a técnicas de aprovechamiento adaptadas a la naturaleza de cada suelo

B) Agotamiento de minerales: Combustibles fósiles y minerales, están

tratados como si fueran recursos inagotables. Los expertos admiten que si se sigue con esos gastos, poco a poco se irán agotando estos recursos. Pero no todos los minerales están igualmente amenazados, como el hierro y el magnesio, son relativamente abundantes; otros como el cobre, el plomo y el cinc, son menos abundantes aunque no tienen peligro de agotamiento, sin embargo la plata, el estaño y el platino, son muy escasos.

C) La extracción de madera:Deforestación, destrucción a gran escala del

bosque por la acción humana. Avanza a un ritmo de unos 17 millones de ha al año (superficie que supera a la de Inglaterra, Gales e Irlanda del Norte juntas). Entre 1980 y 1990, las tasas anuales de deforestación fueron de un 1,2% en Asia y el Pacífico, un 0,8% en Latinoamérica y un 0,7% en África. La deforestación y la degradación pueden contribuir a los desequilibrios climáticos regionales y globales. Los bosques desempeñan un papel clave en el almacenamiento del carbono; si se eliminan, el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera puede llevar a un calentamiento global de la Tierra

D) La caza y el comercio de especies protegidas:

Todos los años, por el mes de Octubre miles de cazadores salen a matar animales, suelen cazar unos: 16 millones de conejos y liebres, 5 millones de perdices, 7 millones entre palomas, tórtolas, jilgueros, codornices, zorzales, etc. Y más de 60000 animales de caza mayor. Se han efectuado algunos esfuerzos privados y gubernamentales dirigidos a salvar especies en vía de extinción. Hay otras personas que comercian con sus restos: pieles, colmillos, carey, etc. Otros obtienen productos derivados cinturones, bolsos de piel, abrigos, etc.

LA CATÁSTROFE ECOLÓGICA DE FIN DE SIGLO

Ya mucho se ha dicho acerca del problema entre la industria y el medio ambiente. Sin embargo, no se había planteado que era el propio estilo de vida del hombre la causante de éste, uno de los más grandes males LA INDUSTRIA.

La industria usa combustibles fósiles que generan toda clase de gases contaminantes, con las consecuencias conocidas (polución, contaminación atmosférica, alteración de la composición gaseosa natural de la atmósfera, etc.), envenenando así los suelos y las aguas y dañando el sistema de obtención de gases de las plantas.

EL AUTOMOVILEl automóvil es el principal responsable de la

grave contaminación del aire urbano, pues las mejoras incorporadas a los nuevos vehículos (catalizadores, mejores combustibles…) han sido más que anulados por el enorme incremento del tráfico en nuestras ciudadesLa receta habitual para tratar este incremento de tráfico no ha sido otra que la construcción de más y más infraestructuras para el automóvil que han originado más circulación y, en consecuencia, una mayor contaminación.

VEHICULOS VERDES En los próximos años

se espera que se produzca un gran cambio. El mercado automovilístico basado en el consumo de petróleo girará en torno a un nuevo combustible: el hidrógeno. Será la energía del futuro y en ella ya trabajan equipos de todo el mundo.