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NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO

Dr. Juan Carlos Sánchez M.

Juan Carlos Sanchez M.


Evolución de la Producción Mundial de Energía

Maquinade vapor

Motoreléctrico

Motor a gasolina

Tubo devacío

Televisión

AviaciónComercial

Energíanuclear

Microchip

Prod

ucci

ón d

e En

ergí

a (E

J)



Gas 23

Renovables 7

Carbon 26Nuclear 6

Petroleo 38

0

20

40

60

80

100 Eólica 2%

Hidro 45%

Geot. 5%

Biomasa 47%

Solar 1%

DISTRIBUCION (%) DEL CONSUMO MUNDIALDE ENERGIA 2006

LOS COMBUSTIBLES FOSILES DOMINAN ELMERCADOS ENERGETICO MUNDIAL

FUENTE: Agencia Internacional de Energía. 2007



Petróleoutilizado

acumulado

Petróleoconvencional

remanente

Petróleo no convencionaldifícil de extraer, muycontaminante y caro

Carbón

* Billones de barriles equivalentes

No nos estamos quedando sin combustibles fósiles…sino sin atmosfera para descargar las emisiones



Consumo humano anualmundial de energía

FUENTE: AIE

La Energía Solar podría proveer en una hora la energía que es consumida por todas las actividadeshumanas en un año.



Rol de algunas Tecnologías Energéticas en la Mitigación del Cambio Climático

Emisiones de GEIa la atmosferaE

mis

ione

s (m

illón

de

T C

O2/

año)

Conservación yeficiencia energética

Energías renovables

Nuclear

Sustitución del carbónpor gas

Secuestro del CO2



LAS FUENTES RENOVABLES COMIENZANA REPUNTAR.

Aumento de la Generación Eléctricacon Fuentes Renovables en California

MW

Estimado 2009: 3.000 MW Solar y EólicaEstimado 2010: 20.000 MW Solar y Eólica



Sistemas de Energía Solar Térmica

• 100% de la radiación de onda corta (0,3 – 3 µm) es absorbida.

• solo un pequeño % de la radiación de onda larga(3 -100 µm) es emitida.




COLECTOR DE PLACAS PLANAS

Radiación solar

Reflexión

Absorción

Radiación

Perdida de Calor

Conducción

Calorútil

RadiaciónSolarincidente

Reflexión Convección

Radiación

Conducción

Calorútil




LOS SISTEMAS DE TUBERIASTIENEN MENOS PERDIDAS DECALOR QUE LOS SISTEMAS

PLANOS



Colectores Parabólicos




Vidrio Tuberíaoscura

AceiteVacío

Colectores Parabólicos




CONCENTRADORESPUNTUALES

APLICACIONES:• ELECTRICIDAD• PRODUCTOS QUIMICOS• METALES• DESALINIZACION DE AGUA• HIDROGENO (TERMOLISIS DEL AGUA)




CAPACIDAD TOTAL DE CALENTADORES SOLARES DE AGUA. 2007.

Calentadores sin vidrio Placas Tubulares

Placas33%

De aire1%Calentadores sin

vidrio 19%

De tubos47%



Sistemas de Energía Solar Fotovoltaica

LUZSOLAR

SILICIO TIPO P

SILICIO TIPO N

CONTACTO

electrones

“huecos”

fotón

CORRIENTE

CARGA

Cuando la luz solar incide en la lamina de silicio, los fotones son absorbidos. La energía de los fotones es transferida al semi-conductor, liberando un flujo de electrones, que genera la electricidad.

Utilizan celdas fotovoltaicas:laminas delgadas (0,2 a 0,4 mm)de cristal de silicio, con la superficiesuperior dopada con fósforo, paraproducir electrones móviles, y lainferior dopada con boro, para producir espacios para los electrones o “huecos”



Sistemas de Energía Solar Fotovoltaica

Los sistemas fotovoltaicos requieren de un reguladorde carga para proteger lasbaterías y de un inversorpara convertir la corrientecontinua en alterna.



Sistemas de Energía Solar FotovoltaicaNuevos Desarrollos

Celdas de láminas muy finas obtenidas por deposición de una o más capas de material fotovoltaico (10 nanómetros a 10 micras), sobre un sustrato.

Tipo de Celda ω ωmax

Convencional (cristal de Si) c-Si 12 - 15% 24%

Teluro de Cadmio CdTe 8 - 10% 16%

Seleniuro de Cobre, Indio y Galio CIS o CIGS 10 - 11% 18%

Celdas muy finas de Silicio TF-Si 6 - 8% 13%

Tintas Fotovoltaicas DSC - 11%

Celdas Solares Orgánicas Orgánicas - 5%



CdTe

CIS

c-Si

TF-Si



Sistemas de Energía Solar FotovoltaicaSistemas de Energía Solar Fotovoltaica

Las tintas fotovoltaicas a base de dióxido de titanio, una tecnologíareciente que permitirá bajar el costode fabricación de las celdas.



Producción Mundial de Energía Fotovoltaica

Ener

gía

PV M

undi

al In

stal

ada

(MW

)

Alemania, Japón y USA poseen el 70% de la capacidad mundial instalada, y 63% de la producción.



Evolución del Costo y Penetración de Mercado de Sistemas Fotovoltaicos



Energía Solar

Limitaciones– Densidad energética (exergía) relativamente baja– Limitada geográficamente a ciertos sitios– Impacto ambiental de algunos sistemas– Intermitencia– Costo elevado (especialmente la fotovoltaica)

Opciones– Suministro de calor a hogares e industrias (40% de la

demanda mundial de energía es en forma de calor)– Generación de electricidad– ¿Producción de hidrogeno? A futuro.



Energía EólicaCAPACIDAD INSTALADA 2007

• 86% de la capacidad esta en 10 países• la tasa de crecimiento desde 2001 es 20 – 30% anual



Energía Eólica

la tasa de crecimiento desde 2001 es 20 – 30% anual

La capacidad instalada se expande de forma acelerada.

ANUAL

ACUMULADA



DIA

ME

TRO

DEL

RO

TOR

(m)

Las turbinas son cada vez mas grandes.

Energía Eólica



Energía Eólica

Direccióndel Viento

Inclinación

Eje de bajaVelocidad

Freno

Engranajes

Generador

Controlador Anemómetro

GóndolaEje de alta Velocidad

Aspas Torre

Veleta

Rotor

Sistema deOrientación

Motor



Caja de Engranajes

Sistema deOrientación

Fuente: Rexroth Bosch Group



Energía EólicaAnálisis de Exergía

Ener

gía

ciné

tica

del v

ient

oCalor

Calor

Calor

Electricidad

Rotor Engranajes Generador



Costo de la Energía Eólica en USA

Costo de la Energía y Velocidad del Viento

Cos

to d

e la

elec

tric

idad

Velocidad del Viento

Los costos comienzan a ser competitivos con la generacióntermo-eléctrica en países desarrollados.



Energía Eólica

VENTAJAS

• No genera CO2. Una instalaciónde 1 MW en operación ahorra laemisión de 3.900 ton.

• Instalación relativamente rápidaen áreas remotas.

• Posibilidad de reubicación delos aerogeneradores.

DESVENTAJAS

• Ruido proveniente del giro delos engranajes y del choque delas aspas con el viento.

• Deterioro del paisaje

• Amenaza para las aves estimadaen 20 aves/turbina/año por unaONG vs. 0,36 aves/turbina/añopor un fabricante.

• Peso y dimensiones de losequipos dificulta el transporte



Energía Mareomotriz

Las mareas son producto del campo gravitatorio lunar (no es E. solar)La energía se genera aprovechando la diferencia de cotasentre la marea baja y la marea alta

La Rance, Francia (1966) 240 MW



Energía Mareomotriz

Estas instalaciones se construyen en una bahía, que se cierra como una presa, las compuertas se abren con la marea entrante, y cuando baja la marea se hace circularel agua por una turbina.

Compuertasdeslizantes

Marea alta

Bahía

Marea baja

Mar

Presa

Estuario

Su impacto ambientales similar al de las represas hidroeléctricas



Corriente Marinas

Paralelismo con la E. Eólica

La mayor densidad del agua hace que solo se necesite el 10%de la velocidad del aire para obtener la misma energía.

Su desventaja es estar limitadaa sitios específicos en la costa donde la velocidad y direcciónde la corriente es optima.

Turbina marina de Seagen de 1,2 MWen periodo de pruebas en Irlanda



Energía de Olas

El aire esempujado hacia laturbina

Nivel mediodel mar

El aire estraídohacia laturbina

Nivel mediodel mar



Captación y Secuestro del CO2

Pozo petroleroagotado




La tecnología debe permitirevitar las posibles fugas deCO2


NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO Proyectos




Escenario de Distribución Futuradel Consumo de Combustibles



Tecnologías en desarrollo de Vehículos de propulsión avanzada



El Vehiculo HibridoEl Vehiculo Hibrido

Motor decombustióninterna

Transmisión delantera

BateríasPartes electrónicas de potencia

Transmisión trasera

Motor eléctricoDiferencial

Diferencial

El Carro Hibrido consume 50% menos gasolina con respecto a un carro convencional



Vehiculo hibrido que puede cargarseen la red eléctrica

El Vehiculo Hibrido Plug-in

Es una variante:

• batería mas grande,autonomía 35-100 Km.

• se carga en una tomaconvencional de 120 V

• es posible convertir unhibrido convencionalen un hibrido “plug-in”

http://www.calcars.org/images/photos/felix-car-full.jpg



Freno Regenerativo de vehículos híbridos

Baterías MotorEnergíaCinética

Flujo de Energía en aceleración: Energía

K e =½* M * V2

FrenoPerdidaCalor

Flujo de Energía en freno tradicional

EnergíaCinética

Motor

Flujo de Energía en freno regenerativo

BateríasEnergíaCinética



Batería de Ion LitioBatería de Ion Litio

Cargando Descargando

http://www.cargurus.com/blog/wp-content/uploads/2009/02/jestar_lithium_battery.jpg



Expectativas de aumento del consumode Litio a escala mundial



Uyuni: 116 mill. Ton de litio,Explotables: 46,5 mill. Ton.Precio actual: $ 6.000/Ton.

Bolivia posee grandes reservasde litio al igual que Argentina yChile, pero a diferencia de estospaíses, no posee conocimientosni infraestructura para explotarlo.



Los Bio-combustiblesLos Bio-combustibles

El etanol se utiliza mezclado (10%) con la gasolina en todo tipo de vehiculo automotor a gasolina. El uso de etanol puro es posible solo en vehículos especialmente diseñados, llamados “flex fuel”

BIOETANOL



• Ocupación de amplias extensiones de terrenos

• Conflictos con la producción de alimentos: aumento deprecios y desabastecimiento

• Requiere un extenso uso de agroquímicos: riesgosde contaminación de aguas y del suelo

• Requiere de grandes cantidades de agua para riego

Problemas de los Biocombustibles



La reducción de emisiones de CO2 de los biocombustibles se debe a la absorción durante el crecimiento del cultivo. Esta reducción es limitada por los gases emitidos durante el proceso de producción.

Sources: Adapted from NRDC: “Getting Biofuels Right”;http://www.nrdc.org/air/transportation/biofuels/right.pdf. Wang et al., 2008.



• Actualmente se producen Bio-combustibles en al menos 12 paísesde la región

• Brasil es el 1er productor, y 2do en el mundo después de USA.

• Algunos países centroamericanos y caribeños importan etanol hidratado para su procesamiento y exportación.

• Muchos países adelantan planes paraproducir o incrementar la producciónpara el uso interno o exportación.

Guatemala

Honduras

Argentina

Brazil

Bolivia

Colombia

Ecuador

Mexico

Peru

Paraguay

Costa Rica



Pre-tratamientoQuímico yMecánico

Adición de Enzimas

HidrólisisEnzimática

Separación deazucares de

la lignina

Fermentacióndel Etanol

Destilación

EtanolCelulósico

Bio-Etanol fabricado a partir de desechos agrícolaspor Hidrólisis enzimática

El Etanol Celulósico o de 2da generación



El futuro energético de Venezuela debe incorporar a las energías renovables y el uso eficiente por diversas razones:

– Reducción de los impactos previsibles, ambientales y de salud.

– Reducir el incremento de las emisiones de gases de invernadero

– Liberar líquidos para la exportación



Aun cuando se adopte un política nacional, no será fácil.Existen barreras:

– falta de información, conocimiento y capacitación entecnologías limpias.

– el elevado costo de inversión de las tecnologías.

– escasa cultura de mantenimiento.

– subsidio a los combustibles.

– no inclusión del costo ambiental en el precio de la energía.

– patrones y hábitos de consumo influidos por ideas deprestigio social, que llevan al consumismo.

– insuficiencia y limitada calidaddel transporte publico.

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