1) Combustibles fósiles

Carbón: procedente de la transformación de materia orgánica no descompuesta de origen vegetal. Su explotación se basa en prospecciones de áreas sedimentarias para encontrar yacimientos. Estos yacimientos pueden ser expuestos o cubiertos, de este modo se lleva a cabo minería a cielo abierto o subterránea, la primera de ellas cada vez más común.

Petróleo: es una mezcla de hidrocarburos fósiles en estado sólido, líquido y gaseoso. Aparece casi siempre ligado a rocas sedimentarias depositadas bajo condiciones marinas o lacustres.

Gas natural: es una mezcla de hidrocarburos gaseosos ligeros en los que predomina el metano, de origen muy próximo al petróleo.

Los combustibles fósiles se emplean sobretodo para el transporte y la generación de electricidad.
La generación de electricidad a partir de combustibles fósiles se lleva a cabo en Centrales Térmicas Convencionales. En nuestro país hay en funcionamiento aproximadamente 200 centrales térmicas, con una potencia total instalada de más de 27.000 MW. El mapa representa las centrales con más de 20 MW de potencia.

Fuente: UNESA

2) Hidráulica

La energía hidráulica se debe a la energía potencial de la escorrentía natural del agua al sufrir desniveles topográficos. Esta transformación se lleva a cabo gracias a las centrales hidroeléctricas que aprovechan la energía potencial que la masa de agua de los ríos alcanza al sufrir un desnivel para convertirla en energía eléctrica. Para ello, una central hidroeléctrica cuenta de la siguiente estructura:

- Presa, cuya estructura dependerá de las características topográficas de la zona, así como del tipo de terreno sobre el que se construye
- Aliviaderos: son salidas de agua para liberar el agua retenida sin que ésta pase por la sala de máquinas. Se utilizan para el control de avenidas.
- Sala de máquinas:

Turbina: son máquinas que aprovechan directamente la fuerza del agua mediante la reacción que esta produce en un dispositivo de paletas helicoidales transformando la energía potencial del agua en energía cinética

Alternador: transforma la energía cinética de rotación producida por la turbina en corriente alterna de alta intensidad y media tensión.

Generador de corriente continua: transforma la energía cinética de rotación producida por la turbina en corriente eléctrica continua.

Transformador: convierte la corriente que se produce en el alternador en una corriente de baja intensidad y alta tensión para que pueda ser transportada a largas distancias de la central.

En España existen unas 800 centrales hidroeléctricas instaladas, de las cuales 20 de ellas son de más de 200 MW, mientras que existen centenares de pequeñas instalaciones con potencias menores de 20 MW.

El siguiente mapa representa las centrales mayores de 20 MW. Se indica el nombre de las 10 centrales mayores de 300 MW.

Fuente: UNESA

3) Nuclear

La energía nuclear se obtiene a partir de la fisión de los núcleos de los átomos, es decir, partiendo la potente unión de protones y neutrones. El uranio o el plutonio son los materiales utilizados generalmente en una central nuclear, la razón es su número atómico elevado, que permite la generación de energía al realizarse la división del núcleo

La reacción que se produce es la siguiente: el núcleo de uranio 235 absorbe un neutrón térmico, produciéndose un núcleo de uranio 236, este núcleo se fisiona y se separa en dos fragmentos, emitiendo dos neutrones. Al estar colocados los núcleos atómicos próximos unos a otros se desarrolla

una reacción en cadena. De manera que se producen nuevos núcleos, cuyas masas son menores que los núcleos originales. Los nuevos núcleos se mueven con una energía que es igual a la masa que desapareció durante el cambio.

Esta energía que se desprende se transforma en calor que se emplea para producir vapor de agua. El vapor de agua hace mover una turbina, transformándose su energía en energía eléctrica en el alternador.

Una central nuclear tiene cuatro partes:

- El reactor en el que se produce la fisión
- El generador de vapor en el que el calor producido por la fisión se usa para hacer hervir agua
- La turbina que produce electricidad con la energía contenida en el vapor
- El condensador en el cual se enfría el vapor, convirtiéndolo en agua líquida.

La reacción nuclear tiene lugar en el reactor, en el están las agrupaciones de varillas de combustible intercaladas con unas decenas de barras de control que están hechas de un material que absorbe los neutrones. Introduciendo estas barras de control más o menos se controla el ritmo de la fisión nuclear ajustándolo a las necesidades de generación de electricidad.

En las centrales nucleares habituales hay un circuito primario de agua en el que esta se calienta por la fisión del uranio. Este circuito forma un sistema cerrado en el que el agua circula bajo presión, para que permanezca líquida a pesar de que la temperatura que alcanza es de unos 293ºC.

Con el agua del circuito primario se calienta otro circuito de agua, llamado secundario. El agua de este circuito secundario se transforma en vapor a presión que es conducido a una turbina. El giro de la turbina mueve a un generador que es el que produce la corriente eléctrica.

Finalmente, el agua es enfriada en torres de enfriamiento, o por otros procedimientos.

En España existen nueve grupos nucleares en funcionamiento que se corresponden a siete centrales y que sumaron en el año 2000 una potencia instalada de casi 8.000 MW, el 14% de la potencia total.

El siguiente mapa indica los grupos nucleares en funcionamiento, con su potencia instalada en 1999.

Fuente: UNESA

- Fuentes de energía no convencionales:

1) Renovables:

1.1) Solar térmica y fotovoltáica

A) Transformar la energía solar en calor (conversión térmica)

La conversión térmica se lleva a cabo mediante dos técnicas distintas. La primera de ellas consiste en la colocación de unos paneles constituidos por una lámina transparente que deja pasar la radiación solar y una superficie negra colocada por debajo de la lámina que absorbe la radiación. Conectado a esta superficie oscura hay un conducto por donde pasa agua fría, que, gracias a la energía absorbida por la superficie negra sale del panel caliente. El conjunto, a excepción de la placa transparente, está rodeado de un aislante para evitar la pérdida de calor.

La conversión térmica a temperaturas mayores (a partir de los 90º C) emplea concentradores. Esta técnica consiste en una serie de espejos y lupas que concentran la radiación solar y la hacen incidir sobre una superficie mucho menor que la de los paneles planos, de modo que produce una mayor temperatura y en definitiva mayor energía calorífica. El fluido receptor en este caso no es el agua sino aceites que tiene un punto de ebullición mayor. Puesto que necesitan tomar la radiación directa del sol, requieren un sistema de orientación que los mueva para seguir la trayectoria solar.

B) Transformar la energía solar en electricidad (conversión fotovoltáica)

La conversión fotovoltáica se lleva a cabo mediante células fotovoltaicas, que están fabricadas con materiales como el silicio que al recibir la energía procedente del sol se excitan y como consecuencia liberan electrones. Dichos electrones originan una corriente eléctrica que se acumula en una batería.

1.2) Geotérmica

En algunas zonas de la Tierra, las rocas del subsuelo se encuentran a temperaturas elevadas. La energía almacenada en estas rocas se conoce como energía geotérmica. Para poder extraer esta energía es necesaria la presencia de yacimientos de agua cerca de estas zonas calientes.

La explotación de esta fuente de energía se realiza perforando el suelo y extrayendo el agua caliente. Si su temperatura es suficientemente alta, el agua saldrá en forma de vapor y se podrá aprovechar para accionar una turbina. El agua geotérmica utilizada es posteriormente devuelta a inyección al pozo hacia la reserva para ser recalentada, para mantener la presión y para sustentar la reserva.

La geotermia es, por tanto, una fuente de energía renovable ligada a volcanes, géiseres, aguas termales y zonas tectónicas geológicamente recientes, es decir, con actividad en los últimos diez o veinte mil años en la corteza terrestre.

Geiser

Podemos encontrar básicamente tres tipos de campos geotérmicos dependiendo de la temperatura a la que sale el agua:

A) Campo geotérmico de alta temperatura.

La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Su temperatura está comprendida entre 150 y 400ºC, se produce vapor en la superficie que enviando a las turbinas, genera electricidad. Se requieren varios parámetros para que exista un campo geotérmico: un techo compuesto de una cobertura de rocas impermeables; un deposito, o acuífero, de permeabilidad elevada, ente 300 y 2.000 metros de profundidad; rocas fracturadas que permitan una circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 10 kilómetros de profundidad a 500-600ºC. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.

B) Campo geotérmico de temperatura media.

La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse como intermediario un fluido volátil. Pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos. La energía geotérmica de baja temperatura es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al radiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 60 a 80ºC.

C) Campo geotérmico de baja temperatura.

La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 60ºC. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. La frontera entre energía geotérmica de alta temperatura y la energía geotérmica de baja temperatura es un poco arbitraria; es la temperatura por debajo de la cual no es posible ya producir electricidad con un rendimiento aceptable 120 a 180ºC.

En consecuencia existen tres tipos de centrales geotérmicas. El tipo que se construya depende de las temperaturas y de las presiones de la reserva. Una reserva de vapor "seco" produce vapor pero muy poca agua. El vapor es entubado directamente proporcionando la fuerza para girar el generador de turbina.

Una reserva geotérmica que produce mayoritariamente agua caliente es llamada "reserva de agua caliente" y es utilizada en una central "flash". El agua que esté entre 130 y 330ºC es traída a la superficie a través del pozo de producción donde, a través de la presión de la reserva profunda, algo del agua se convierte inmediatamente en vapor en un "separador". El vapor luego mueve las turbinas.

Una reserva con temperaturas entre 110 y 160ºC no tiene suficiente calor para producir rápidamente suficiente vapor pero puede ser utilizada para producir electricidad en una central "binaria". En un sistema binario el agua geotérmica pasa a través de un intercambiador de calor, donde el calor es transferido a una segundo líquido que hierve a temperaturas más bajas que el agua. Cuando es calentado, el líquido binario se convierte en vapor, que como el vapor de agua, se expande a través y mueve las hélices de la turbina. El vapor es luego recondensado y convertido en líquido y utilizado repetidamente. En este ciclo cerrado, no hay emisiones al aire.

Cuando el agua geotérmica se encuentra en un rango de temperaturas entre los 10 y 130ºC se puede utilizar como bombas de calor geotérmico o bien de forma directa:
- Para uso sanitario.
- Balnearios.
- Para cultivos en invernaderos durante el periodo de nevadas.
- Para reducir el tiempo de crecimiento de pescados, crustáceos, etc.
- Para varios usos industriales como la pasteurización de la leche.
- Para la implantación de calefacción en distritos enteros y viviendas individuales.
- Etc.

El calor geotérmico está siento usado de algunas formas muy creativas; su uso está limitado solo por nuestra ingenuidad. Por ejemplo, en las Cataratas Klamath, Oregon, donde existe uno de los sistemas de calefacción de distrito más grandes de Estados Unidos, el agua geotérmica es también conducida bajo las carreteras y caminos vecinales para mantenerlos libres del agua helada. En Nuevo México y otros lugares, filas de tuberías llevan agua geotérmica bajo tierra, donde crecen flores y vegetales. Esto asegura que la tierra no se hiele, proporcionando una estación de crecimiento más larga y un crecimiento más rápido de los productos agrícolas que no son protegidos por el calor de un invernadero.

1.3) Eólica

Se conoce como energía eólica al aprovechamiento por el hombre de la energía del viento. La energía eólica se considera una forma indirecta de energía solar. Entre el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento, debido al movimiento del aire ocasionado por el desigual calentamiento de la superficie terrestre. La energía cinética del viento puede transformarse en energía útil, tanto mecánica como eléctrica.

La energía eólica, transformada en energía mecánica ha sido históricamente aprovechada, pero su uso para la generación de energía eléctrica es más reciente, existiendo aplicaciones de mayor escala desde mediados de la década del 70 en respuesta a la crisis del petróleo y a los impactos ambientales derivados del uso de combustibles fósiles.

Para convertir la fuerza del viento en electricidad se utilizan aerogeneradores. Un aerogenerador no es más que un rotor provisto de palas que capta la energía cinética del viento y mueve un generador eléctrico.

Los aerogeneradores se dividen en dos grupos: los de eje horizontal, los más utilizados y eficientes, y los de eje vertical.

Aerogenerador de eje horizontal	Aerogenerador de eje vertical

Más información: www.windpower.org/es/tour

1.4) Marina

Los océanos pueden proveernos de energía mediante tres maneras: el movimiento de las olas, las mareas y la diferencia de temperatura entre las capas del océano

Actualmente este tipo de energía apenas está explotada; las investigaciones se centran sobre todo en las mareas y el oleaje, tanto una como otra ofrece expectativas, no en vano son fuentes permanentes con gran potencial y además 100% renovables, aunque es la energía por mareas la que podría dar el mejor rendimiento con menores complicaciones técnicas.

Las mareas son producidas por la Luna debido a la atracción que su masa y proximidad a la Tierra ejerce sobre todos los objetos que ésta contiene. Sin embargo, el agua por su fácil movilidad es afectada en mayor medida, provocando la elevación del nivel del mar cíclicamente en aquellas regiones de la Tierra por donde pasa nuestro satélite, que según el punto geográfico puede ser de sólo unos pocos centímetros hasta varios metros; la inclinación de la Tierra también afecta a estas variaciones. Durante todo el año se produce el ciclo de las mareas (dos pleamar y dos bajamar cada 24 horas) y son perfectamente predecibles.

Aprovechando el desnivel que se produce debido a las mareas, acumulando grandes cantidades de agua en los períodos de marea alta y descargándola a través de una turbina cuando la marea está baja puede producirse electricidad.

Embalse de una central mareomotriz

Otra forma de energía marina que podría ser aprovechable es la del oleaje. El principio para su explotación estaría centrado en la disposición de una gran red de boyas flotantes, los cuales tendrían la facultad de girar alrededor de unos ejes fijos. Cuando el oleaje golpease estas boyas las empujaría hacia atrás, recuperando por si mismas la posición inicial cuando la ola hubiese pasado. Cada boya tendría acoplado un generador que aprovecharía el movimiento de la boya para convertirlo en electricidad.

Por último, otra forma de aprovechar la energía del mar es utilizando la diferencia de temperatura entre las aguas de la superficie las aguas profundas.

Así como la central maremotriz tiene excelentes expectativas, el sistema de oleaje presenta dificultades, algunas de importancia. Hay que tener en cuenta que el oleaje no es un fenómeno estable; además, por debajo de determinado nivel de olas la generación de energía podría ser nula. El mismo problema podría darse por exceso, si la amplitud de las olas es excesiva podría dañar los dispositivos.

Estas limitaciones no permiten pensar en una aplicación práctica, por lo que cabe estimar que solamente tendría interés en determinadas zonas, donde existen condiciones estables para su utilización.

1.5) Biomasa

La biomasa, o cantidad de materia orgánica que constituyen todos los seres vivos de nuestro planeta, es una fuente de energía renovable, pues su producción es infinitamente más rápida que la formación de los combustibles fósiles. La biotecnología ha permitido que de la biomasa puedan extraerse combustibles absolutamente ecológicos; mediante su destilación, gasificación, hidrólisis o digestión aeróbica.

Existen varias técnicas para convertir la biomasa en combustible. Cada técnica depende del tipo de biomasa disponible. Si se trata de un material seco puede convertirse en calor directo mediante combustión, el cual producirá vapor para generar energía eléctrica. Si contiene agua, se puede realizar la digestión anaeróbica (con ausencia de oxígeno) que lo convertirá en metano y otros gases; o fermentar para producir alcohol; o convertir en hidrocarburo por reducción química; y si aplicamos métodos termoquímicos podemos incluso extraer metanol, aceites, gases, etc.

El método de la digestión es el más común, y con el que se obtiene el biogás. El proceso consiste en degradar anaeróbicamente la materia orgánica mediante microorganismos, o aprovechar directamente el que se produce en un vertedero controlado. El digestor, que es la vasija hermética en donde se produce la degradación bioquímica, debe mantenerse a unos 50º C para favorecer la actividad de los microorganismos. Entre 10 y 25 días se desarrollan tres fases principales: la hidrólisis, que favorece la acidez de la biomasa; la acetogénesis; y la metanogénesis. El biogás obtenido (metano en su mayor parte) puede ahora ser empleado para generar energía eléctrica o mecánica mediante su combustión, sea en plantas industriales o para uso doméstico.

2) No renovables

2.1) Hidrógeno

El Hidrógeno es uno de los elementos más abundantes en la naturaleza, además de ser el más liviano de todos. No se encuentra libre sino en combinación con otros elementos, formando parte de muchos compuestos como el agua. Se puede generar a partir de la descomposición química de ella por acción de una corriente eléctrica, en un proceso llamado Electrólisis.

El hidrógeno puede aplicarse para la generación de calor por combustión y de energía eléctrica por medio de Celdas Combustibles.

Las Celdas Combustibles funcionan como la electrólisis, pero al revés: entra hidrógeno y se combina con el oxígeno del aire para dar agua y sale electricidad. No hay piezas móviles como en una máquina o motor y la eficiencia es mucho mayor.

www.humboldt.edu/~serc/spanish/fuelcell.html

2.2) Fusión

La fusión nuclear es un proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar otro de mayor peso atómico, de tal modo que la masa del nuevo núcleo es inferior a la masa de los dos núcleos que se han fusionado para formarlo y en consecuencia se libera energía.

La energía que se libera varía en función de los núcleos que se unen y del producto de la reacción. La cantidad de energía liberada corresponde a la fórmula E = mc2 donde m es la diferencia de masa observada en el sistema entre antes y después de la fusión.

La reacción de fusión más sencilla (esto es que requiere menos energía) es la del deuterio y el tritio formando helio. Sin embargo, a pesar de que esta reacción es la más fácil de conseguir, no es sencillo lograr energía de las reacciones de fusión, ya que para ello se deben unir los núcleos de dos átomos y ambos están cargados positivamente, con lo que al acercarse cada vez se repelen con más fuerza.

Para solucionar este problema se comprimen esferas de combustible mediante haces de láseres o de partículas teniendo así la llamada fusión por confinamiento inercial en la que se obtienen densidades muy elevadas, de manera que los núcleos están muy cercanos entre ellos, y por efecto túnel se fusionan dando energía.

La otra forma de producir reacciones de fusión de manera que se gane energía es calentando el combustible hasta temperaturas de millones de grados de manera que los choques entre núcleos sean por agitación térmica, aquí también se aprovecha el efecto túnel. Como al estar a tan alta temperatura el combustible se disocia en partículas con cargas positivas y negativas, éste se puede controlar mediante campos magnéticos, ésta es la fusión por confinamiento magnético.

Estas tecnologías requieren unos costes energéticos iniciales considerables lo cual hace que no sean rentables hasta la fecha, sin embargo se continua investigando.

2.3) Energía del punto cero

El concepto de la energía del punto cero deriva de una idea de la mecánica cuántica, la ciencia que describe la conducta de las partículas de dimensiones atómicas. Específicamente, la energía del punto de cero surge del principio de la incertidumbre de Heisenberg, el hecho de que cada partícula lleva asociada consigo una onda, impone restricciones en la capacidad para determinar al mismo tiempo su posición y su momento. Este principio fue enunciado por W. Heisenberg en 1927, hay un limite en la precisión con el cual podemos determinar al mismo tiempo la posición y el momento de una partícula, si la posición se conoce perfectamente, entonces el momento es completamente desconocido y viceversa. Eso es porque en el cero absoluto, si la partícula no se mueve, su momento y su posición se conocen simultáneamente, violando el principio de la incertidumbre y por lo tanto debe poseer algún movimiento.

Como la posición y el momento, la energía y el tiempo obedecen también la regla de Heisenberg. Una energía residual debe por lo tanto existir en el espacio vacío: de ser cierto que la energía era cero, uno podría realizar medidas de la energía en ese volumen del espacio para siempre. Y dada la equivalencia de masa y energía expresadas por Einstein E = mc2, La energía del vacío debe ser capaz a crear partículas. Ellas destellan brevemente en su existencia y expiran dentro de un intervalo dictado por el principio de la incertidumbre. Esta energía del punto de cero (que proviene de todos los tipos de campos de fuerza, electromagnético, de gravitación y nuclear) se hacen sentir de varias maneras. Uno es el desplazamiento de Lamb, que se refiere a una modificación leve de la frecuencia en la luz emitida por un átomo excitado. Otro es cierta clase del ruido, que se registra en los equipos electrónicos y ópticos.

Quizás el ejemplo más dramático, es el efecto Casimir. En 1948 el físico holandés. B. G. Casimir calculo que dos placas de metal acercadas suficientemente, se atraerán muy levemente. Considere que las placas están a cierta distancia y en el vacío, en el espacio entre ellas y fuera, habrá FLUCTUACIONES ELECTROMAGNETICAS(ONDAS), estas ondas tienen todas las longitudes de ondas posibles y su presencia implica que el espacio vacío contiene cierta cantidad de energía, algunas ondas se ajustan a la distancia entre las placas, (como las formadas cuando se sacude una soga sujeta en las dos extremidades), al acercarse las dos placas, las ondas de longitudes de ondas grandes no se ajustan a la distancia entre las placas y se produce una falta de equilibrio (por la falta de las ondas de longitudes de ondas grandes) que empuja a las placas como si se atrajeran mutuamente, porque las ondas poseen energía y momento; el lector puede ver en este dibujo y en forma muy esquemática lo explicado en el párrafo anterior.

EXTRACCION DE ENERGIA DEL VACIO

El vacío constituye un estado físico extremadamente enérgico. Se podría considerar la posibilidad de extraer la energía del vacío para uso practico. Supongamos que contamos con placas conductoras paralelas y no cargadas separadas por una distancia D, solo los modos (ondas electromagnéticas) que satisfacen las condiciones limite de la placas podrán existir. En el interior de las placas se limita los modos a un conjunto discreto de longitudes de onda, en particular ninguna onda cuya media longitud de onda es mas grande que D, se puede acomodar entre las placas; como resultado todas las ondas de longitudes de ondas grandes son excluidas, estas ondas aun en el vació tienen energía y momento, la presión de la radiación externa es mayor que la interna y las placas se atraen mutuamente.

Las placas comienzan a mover y la energía potencial se convierte en cinética y cuando las placas chocan esta energía se convierte en calor (en un proceso similar a la conversión de la energía potencial gravitatoria en calor, como cuando un cuerpo cae al piso),en este proceso se convierte la energía del vacío en calor.

Carguemos ahora a las placas metálicas con cargas del mismo signo, a una distancia muy corta habrá una repulsión de Coulomb, esta repulsión será superada por la fuerza del efecto Casimir, las placas se juntaran aumentando el campo eléctrico entre las mismas, de esta forma se convierte la energía Casimir en energía eléctrica que podrá ser extraída de algún modo, este medio de extraer energía no es continuo, pero ya demuestra que potencialmente podría ser utilizado en un futuro, en los artículos escritos en la red por Puthoff, se describen posibles métodos de utilización, que el lector podrá consultar.

Una explicación algo distinta del efecto Casimir es dada por Lamoreaux, de los laboratorios de Los Alamos, que usando placas recubiertas de oro, demostró el efecto Casimir a modo de péndulo de torsión, muchos experimentos utilizan una disposición similar para estudiar fuerzas de origen gravitatorio, eléctrico o magnético; partículas subatómicas se estarían formando y desapareciendo continuamente en el vacío, la presión de las partículas formadas entre las placas seria menor que las formadas en el exterior de las mismas y esto empujaría a las placas mutuamente.