Cambio climático

Energías Alternas, Oportunidades en Desarrollo ante la Crisis del Petróleo

Ahora más que nunca se debe difundir la diversidad tecnológica que las fuentes de energía alternas nos ofrecen ante la escasez del petróleo, tópico que si bien durante años ha sido de interés y estudio, ahora se vuelve por demás necesario no sólo a nivel industrial sino doméstico en el que profesionales del gremio, investigadores, técnicos y la sociedad civil se involucren.

Ahora más que nunca se debe difundir la diversidad tecnológica que las fuentes de energía alternas nos ofrecen ante la escasez del petróleo, tópico que si bien durante años ha sido de interés y estudio, ahora se vuelve por demás necesario no sólo a nivel industrial sino doméstico en el que profesionales del gremio, investigadores, técnicos y la sociedad civil se involucren.

Ante este interesante panorama, en esta ocasión presentamos las diversas fuentes de energías alternas que a nivel mundial surgieron en la década de los 70’s cuando se encareció el petróleo y se originaron nuevas formas de generar energía con lo que el aprovechamiento de la energía solar en sus diversas manifestaciones, resultó una fuente ampliamente explorable.

De esta manera, iniciativas entre las que sobresalen la energía eólica, hidráulica y las diversas formas de biomasa; es decir, las llamadas energías renovables, se replantearon en diversas naciones donde encausaron la importancia de su uso llevando a cabo acciones para reducir las emisiones de gases efecto invernadero y con ello se desarrollaron y dieron a conocer diversos proyectos tales como:

Sistemas Fotovoltaicos
Los sistemas fotovoltaicos son placas fabricadas principalmente de silicio al que se le añaden cantidades pequeñas de materiales con características particulares obteniendo propiedades eléctricas únicas en presencia de luz solar, ya que los electrones son excitados por los fotones asociados a la luz y se mueven a través del silicio produciendo una corriente eléctrica.

Al respecto, cabe mencionar que para que las celdas fotovoltaicas provean de energía eléctrica, en las noches requieren baterías en las que se acumula la energía eléctrica generada durante el día, lo cual encarece su aplicación. Sin embargo, se están desarrollando sistemas fotovoltaicos conectados directamente a la red eléctrica evitando así el uso de baterías, por lo que la energía que generan se usa de inmediato por el propio usuario y se tiene la posibilidad de vender los excedentes de electricidad a las compañías generadoras.

Sistemas solares térmicos
Son sistemas solares de concentración que funcionan mediante la radiación solar directa en un área focal pudiéndose ubicar alrededor de un punto o a lo largo de una línea. Este conjunto de dispositivos requiere de procedimientos o mecanismos de seguimiento, ya que la línea de incidencia varía durante el día y durante el año.

Áreas de colectores solares planos para algunos países (1998)
PAÍS ÁREA DE COLECTORES SOLARES INSTALADOS EN 1998 (m2) ÁREA DE COLECTORES INSTALADOS POR CADA 1,000 HABITANTES (m2)
ALEMANIA 470,000 35
AUSTRIA 195,000 240
GRECIA 153,900 260
FRANCIA 28,000 14
HOLANDA 26,640 15
ESPAÑA 19,440 11
ITALIA 18,000 5
DINAMARCA 17,000 60
PORTUGAL 8,000 25
MÉXICO 32,400 0,33

Fuente: EurObservÉR; para México, Balance Nacional de Energía (1998). ANES, datos sobre México.

La Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (CONAE) suscribió un convenio de colaboración para fomentar el ahorro y uso eficiente de la energía en las viviendas que se oferten a los trabajadores, así como la incorporación de tecnologías para el aprovechamiento de energía renovable.

Acorde a esta estrategia, promoverá con los desarrolladores y constructores que incorporen criterios de sustentabilidad, particularmente de ahorro de energía, que se traduzcan en beneficios económicos para los derechohabientes.

Al respecto, CONAE se compromete a brindar la asesoría técnica necesaria para que se instalen en las viviendas equipos que aprovechen energías renovables, particularmente calentadores solares de agua.

Energía del viento o eólica
La energía eólica se genera por los vientos de diferencias de presión de un calentamiento no uniforme de la atmósfera terrestre desplazando grandes masas de aire de las zonas de alta presión a las de baja. No obstante, el 2 por ciento del sol que llega a la tierra, se convierte en viento y sólo una fracción es aprovechada, ya que buena parte de estos vientos ocurren a grandes alturas o sobre los océanos, mar adentro y de ahí la viabilidad de la energía eólica en el mar.

Esta alternativa se basa en el viento que contiene energía cinética (de las masas de aire en movimiento) que se convierte en energía mecánica o eléctrica por medio de aeroturbinas, las cuales se componen por un arreglo de aspas, generador y torre principalmente y son clasificadas por la posición de su eje en horizontales y verticales.

Hidráulica
La energía que llega del sol da lugar, entre otros fenómenos a la evaporación del agua contenida sobre su superficie principalmente en los océanos. Esta humedad se acumula en nubes que viajan largas distancias y se deposita en forma de lluvia sobre montañas, muchas alejadas del mar. El agua acumulada en corrientes y por gravedad, busca de nuevo el mar, formando ríos. A este caudal, que se manifiesta por grandes caídas o corrientes se le conoce como hidroeléctrica. En muchos casos, esta energía se deposita en forma potencial en embalses y se transforma en energía aprovechable al desplazarse hacia niveles inferiores. El agua en movimiento empuja dispositivos giratorios que la convierten en energía mecánica, o para mover generadores de electricidad. Por ejemplo, para lograr una capacidad de 3,000 kW, que es la suficiente para satisfacer, por ejemplo, 1,000 departamentos, se requiere tener una caída de agua de 100 metros con un gasto de 3 metros cúbicos por segundo.

Biomasa
Las plantas acumulan energía a través de la fotosíntesis donde, alimentadas por la energía solar, separan las moléculas de bióxido de carbono, acumulando el carbono en forma de hidrocarburos y soltando el oxígeno. La eficiencia de conversión de energía solar en energía almacenada en forma de materia orgánica (a través de la fotosíntesis) es muy baja, estimándose su límite máximo en cerca de 3%, aunque algunas especies forestales en explotación comercial alcanzan eficiencias de conversión de hasta 1%.

Fermentación
Los procesos de fermentación de alcohol y su destilación son conocidos y empleados por las sociedades humanas desde la antigüedad a través de este proceso es posible obtener etanol, un alcohol que se emplea actualmente como combustible en la sustitución de la gasolina o mezclado con ella, y como insumo en la obtención de productos químicos. La caña de azúcar, el sorgo dulce, las frutas y la remolacha son los cultivos más fácilmente convertibles en etanol; los azúcares base de la fermentación se obtienen con pretratamientos suaves tales como prensado, corte o lavado de los cultivos. Los procesos de fermentación tienen una eficiencia de conversión muy alta, ligeramente superior al 85%.

Una mezcla de 85% etanol y 15% gasolina (E85) es combustible viable para vehículos ligeros, éstos pueden operar con cualquier proporción de etanol mezclado con gasolina, teniendo como límite 85%. Algunos autobuses y camiones con la adecuada modificación a sus motores diesel, pueden operar con etanol casi puro. Un ejemplo de la aplicación del etanol lo encontramos en Brasil, donde gran parte de los automóviles queman este biocombustible mezclado con gasolina en una proporción de 60 y 40 respectivamente.

Biomentación
El Proyecto de Energía Renovable para la Agricultura (PERA), es un esfuerzo conjunto del Gobierno Mexicano, a través del Fideicomiso de Riesgo Compartido, (FIRCO) y del Fondo Mundial del Medio Ambiente, (GEF), para promover el uso de energías alternativas, en particular en actividades productivas en el sector rural, mediante la reducción de las barreras y obstáculos que dificultan su adopción.Objetivos globales:Eliminar las barreras que han impedido el uso generalizado de la energía solar y eólica en proyectos productivos entre los productores agropecuarios de México y reducir los costos de implementación de sistemas fotovoltaicos y eólicos para bombeo de agua y otras aplicaciones, así como aumentar la experiencia, conocimiento y volúmenes de ventas del mercado. Reducir la emisión de gases de invernadero producidos en el sector agropecuario.“Tan sólo en el corredor del Istmo de Tehuantepec se tiene un potencial eólico de 34 mil megawatts anuales, y el país actualmente consume 45 mil megawatts de energía eléctrica cada año, y si a eso le sumamos que los ríos y la biomasa podrían generar, cada uno, cerca de 20 mil megawatts, podemos decir que en el país hay condiciones naturales para no depender del petróleo” afirmó el Dr. David Morillón Gálvez, investigador de la UNAM.En el proceso de biomentación, desperdicios orgánicos o biomasa con alto contenido de humedad se alimentan en un recipiente llamado digestor biológico. Por la acción de microorganismos adecuados, la materia orgánica se transforma en biogás (una mezcla de bióxido de carbono y metano esencialmente), que puede aprovecharse como combustible, produciéndose además lodos residuales empleables como mejoradores de suelos o fertilizantes.

Energías Renovables en México
Si no se promueve un uso cada vez más eficiente de la energía y se buscan otras fuentes sustentables diferentes al petróleo, México podría convertirse en importador de energéticos, alerta la firma Consultores Internacionales, (CI).

La República Mexicana recibe en seis horas de exposición al sol la misma cantidad de energía que consumirá durante todo un año. Esta energía se transforma en calor, viento, agua evaporada y en diversas formas de biomasa y sólo una fracción es aprovechable para el uso de los seres humanos. En México, existen actividades tendientes al aprovechamiento de la energía solar y sus diversas manifestaciones aunque es significativo el avance e interés de instituciones e industrias en las últimas tres décadas, periodo en el que se han desarrollado investigaciones y diversos proyectos, prototipos, equipos y sistemas para el mejor aprovechamiento de las energías renovables.

Además de los trabajos para la manufactura y comercialización de equipos y sistemas relacionados con las energías renovables resalta la gran cantidad de fabricantes de calentadores solares planos en el territorio nacional apoyadas por la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, CONAE, que trabaja con el Consejo Consultivo para el Fomento de las Energías Renovables, COFER, al cual concurren reconocidos especialistas de los sectores público y privado.

México es un país privilegiado para el aprovechamiento de varias energías alternativas: Baja California y Sonora son las regiones con mayor insolación en el mundo, y existen regiones con grandes vientos como Oaxaca, Tabasco, Chiapas o Hidalgo.

Por ello, podemos decir que en nuestro país existe desarrollo tecnológico importante en relación con la generación de electricidad a partir del viento. En particular, resalta el trabajo del Instituto de Investigaciones Eléctricas, IIE, con más de 20 años de experiencia en el tema.

Por su parte, la Comisión Federal de Electricidad, CFE, a partir del conocimiento y de la experiencia desarrolladas en el IIE construyó y opera dos plantas eólicas piloto, con el objetivo de adentrarse en esta tecnología, reconocer sus ventajas y limitaciones, y validar su integración al Sistema Eléctrico Nacional. La consultora aclara que los combustibles alternativos no van a surgir de la noche a la mañana, por lo que se observará una carrera entre el desarrollo de las energías alternativas y el agotamiento de los hidrocarburos.

Además de la riqueza en energéticos de origen fósil, México cuenta con potencial importante en cuestión de recursos energéticos renovables, cuyo desarrollo permitirá al país contar con una mayor diversificación de fuentes de energía, ampliar la base industrial en un área que puede tener valor estratégico en el futuro, y atenuar los impactos ambientales ocasionados por la producción, distribución y uso final de las formas de energía convencionales.

Como resultado de lo antes expuesto, el análisis de Energías Alternativas es sin duda una ventana al futuro que puede ser explotada para beneficio de la nación más aún cuando sabemos que las reservas del petróleo son escasas y contar con fuentes alternas de energía no sólo garantiza un bienestar sino también una opción para el mejor aprovechamiento de los recursos naturales de México.

PLANTA SOLAR DE LA UNAM
En 1976 el Instituto de Ingeniería inició un programa para estudiar el comportamiento de un concentrador solar y construyó para ello un prototipo con geometría de canal parabólico. Este tipo de concentradores solares es construido con espejos que forman una parábola y reflejan la radiación solar sobre un absorbedor de área mucho menor que la del concentrador. El absorbedor está colocado en el foco de la parábola, de manera que ahí se logran temperaturas entre 200 y 300 °C.Posteriormente en los años 80, se construyó la Planta Solar del IIUNAM con 550m2 de concentradores, la cual operó con aceite térmico como fluido de transferencia de calor. La planta contaba con 16 módulos de concentradores de canal parabólico con orientación este-oeste, además de una torre de almacenamiento de aceite, un evaporador y equipo auxiliar. Los proyectos que desde entonces se han realizado en este laboratorio han sido patrocinados  en su mayoría por la Secretaría de Energía; CFE, PUE-UNAM, CONACYT y DGAPA-UNAM.Actualmente la planta solar está formada por una línea de concentradores de canal parabólico con un área de captación de 220 m2, un motor de vapor de doble pistón, un generador eléctrico, equipo de control, e instrumentación diseñado para operar bajo el proceso de generación de vapor directamente en los tubos absorbedores localizados en el foco de la parábola. Como equipo auxiliar para las investigaciones, se cuenta con una caldera de 3 kW como fuente de energía auxiliar, una estación meteorológica que registra las variables de velocidad del viento, temperatura ambiente y radiación solar, un sistema de adquisición de datos de temperaturas y medidor de flujo en dos fases.Las pruebas que actualmente se realizan en la planta solar se refieren al comportamiento de los absorbedores de acuerdo con los materiales que están construidos, como aceros y compuestos cobre-acero.La Planta Solar de la UNAM se encuentra ubicada a un costado del Jardín Botánico Exterior, en la zona poniente de Ciudad Universitaria. Este laboratorio está adscrito a la Coordinación de Ingeniería Mecánica, Térmica y de Fluidos, a cargo del maestro Alejandro Sánchez Huerta.

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EN VOZ DE LOS EXPERTOS

Ingeniero Carolina González Maya

carolina.gonzalez@jci.com

Existe un viejo refrán que dice “todo por servir, se acaba”, y es lo que paulatinamente está sucediendo con la materia prima más preciada del mundo industrializado, el petróleo.

Hoy día las “energías alternativas”, están tomando fuerza y constituyen el principal oasis de tranquilidad de aquellos que poseen fe ciega en la capacidad del ingenio del hombre para resolver los enormes desafíos que implica el agotamiento de los suministros de recursos energéticos abundantes, fáciles y baratos, como lo son los denominados combustibles fósiles, que son el petróleo y el gas, que por cierto se trata de recursos naturales no renovables.

Celdas solares, pilas de combustible con base en el hidrógeno, molinos eólicos para generación eléctrica, el retorno de lo nuclear, bio-combustibles y demás opciones, están tomando un significativo impulso en su desarrollo y una gran cantidad de científicos e instituciones están abocados a la investigación para la aplicación de las mismas, debido a la generalizada preocupación de que falle el flujo contínuo y creciente de petróleo.

En los últimos años, las energías alternativas han servido para vender la idea de que podemos seguir con el ritmo actual de excesivo consumo, sin detenernos a considerar si estas energías, podrán compensar a tiempo, y en su caso, sustituir el volumen de lo que actualmente consumimos de energía que se deriva del petróleo. Sin meternos en análisis muy concienzudos, ni científicos, y dejando todo en manos de simples operaciones aritméticas básicas, veremos que las cuentas “no salen”, para lo que pretendemos hacer con las “energías alternativas”.

Tomando en consideración que del volumen total de las diferentes clases de energía que utilizamos, el petróleo representa el 35% y las energías alternativas solamente el 0.5%, comprenderemos que estas energías, en caso de emergencia (en el cual ya vivimos), no van a solucionar el problema, ya que el nivel actual de utilización de las mismas, nos hace ver que eso es irreal y no podemos ilusionarnos con ello.

La solución a nuestras necesidades de energía en un futuro muy cercano demandará mucho ingenio, tecnología, experiencia y voluntad.

Sin un acuerdo global para el manejo responsable de la energía y un consumo inteligente de nuestros recursos, estamos caminando confiadamente hacia un mundo de agotamiento, creciente e irreversible, ya que no sólo es la escasez de energía lo que debe preocuparnos, se trata también del daño generalizado que con este consumo excesivo provocamos en nuestro medio ambiente, y es por ello que, sin ánimo alarmista pero siendo muy realistas, es probable que en un futuro cercano, sea muy difícil prosperar e inclusive sobrevivir si no ponemos un remedio.

El granito de arena que aportemos, no implica acciones heroicas, pero al ser continuas y cotidianas, llegan a ser muy significativas: apagar focos, radio, televisión cuando no se utilicen; cambiar focos en casa y oficina por focos ahorradores; en el caso del aire acondicionado o calefacción, sellar todas las ranuras para que no se escape, utilizar olla de presión pues ahorra mucho gas.  Estas son algunas de muchas actividades que no nos quitan nada y además de darnos mucho, sin duda nos lo agradeceremos.

Carolina González Maya
Ingeniero Industrial de la Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM. Miembro de ASHRAE desde 1998, donde ocupó la presidencia durante el periodo 2003-2004 y actualmente participa como parte de la Junta de Gobernadores.

En su experiencia laboral se ha desempañado en el departamento de ventas de equipo de aire acondicionado en las empresas Lennox, Equipos MacQuay y en York International. Asimismo colabora en pláticas sobre ahorro de energía para CONAE y FIDE.

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Fuentes de consulta y colaboraciones:
Dr. Rafael Almanza Salgado / Investigador titular C de TC instituto de Ingeniería de la UNAMwww.conae.gob.mx
www.iingen.unam.mx
www.iii.org.mx
www.cfe.gob.mx
www.anes.org

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