Fuentes de Energía No Convencionales – Part 1

¿Te imaginas conduciendo un coche que funciona con agua? ¿O uno que es alimentado por el sol? El hecho es que es posible que tengas que acostumbrarte a pensamientos tan extravagantes. Los combustibles convencionales se están agotando cada vez más, mientras que las fuentes de energía no convencionales se están convirtiendo en nuestro futuro. Y, para ejecutarlos, estudiemos más sobre las fuentes de energía no convencionales. 

La energía es un componente crítico de la infraestructura económica, ya que es el principal insumo necesario para respaldar el crecimiento económico. El desarrollo económico y el uso de la energía tienen una estrecha relación. Cuanto mayor es el uso de energía per cápita de un país, más desarrollado está, y viceversa. La civilización humana depende de una variedad de fuentes de energía. En este artículo, discutiremos las fuentes de energía no convencionales y su uso, ventajas y desventajas. Antes, primero entendamos qué es la energía.

¿Qué es energía?

El término ‘Energía’ se refiere a la capacidad o habilidad para realizar un trabajo. Existen energía cinética, energía eléctrica, energía térmica, energía potencial, energía química, energía nuclear y otros tipos de energía. Todas las fuentes de energía están relacionadas con el movimiento. La energía cinética, por ejemplo, está conectada con cualquier objeto o cuerpo en movimiento. 

La energía, según el principio de conservación de la energía, o regla fundamental de la termodinámica, no puede generarse ni destruirse, sino que sólo puede transformarse de una forma a otra. 

Hay dos fuentes primarias de energía: fuentes de energía convencionales y fuentes de energía no convencionales .

Fuentes de energía convencionales : las fuentes de energía que los humanos utilizan durante largos períodos de tiempo y que, una vez terminadas, no se pueden reemplazar rápidamente se denominan fuentes de energía convencionales. Por ejemplo carbón, petróleo, etc.

Fuentes de energía no convencionales : las fuentes de energía que se reponen continuamente en la naturaleza y están ampliamente disponibles. Se denominan no convencionales porque hasta ahora no se utilizan mucho en nuestra vida diaria. Estas fuentes de energía tampoco causan contaminación. Por ejemplo, la energía solar del sol, la energía eólica de los vientos, la energía de las mareas, el biogás, etc.  

Analicemos las fuentes de energía no convencionales más profundamente como:

Fuentes de Energía No Convencionales

El Sol es la principal fuente de energía de nuestro planeta y todos los demás ejemplos mencionados anteriormente se obtienen directa o indirectamente del sol. Por ejemplo, la energía eólica que obtenemos de los vientos y los vientos se producen por el calentamiento desigual de dos regiones distintas de la superficie de la tierra. Por lo tanto, podemos usar estas fuentes de energía hasta que nuestra tierra reciba luz del sol, que estará allí durante los próximos millones de años. Esta es también la razón por la que las fuentes de energía no convencionales también se denominan fuentes de energía renovables, ya que cada día estas energías se renuevan en la naturaleza.

Las fuentes de energía no convencionales , a menudo conocidas como fuentes de energía renovables, son fuentes de energía que se renuevan continuamente mediante procesos naturales. Las fuentes de energía no convencionales no se agotan rápidamente y se pueden crear a un ritmo constante para un uso repetido.

La energía mareomotriz, eólica, solar, nuclear, de biomasa y otros recursos naturales, la energía geotérmica, se denominan “ recursos no convencionales ”. Debido a que no contaminan, podemos usarlos para generar energía limpia con un desperdicio mínimo.

Además, estas fuentes de energía son menos costosas y no contaminan el medio ambiente ni el entorno natural. También se les conoce como fuentes de energía renovable ya que pueden ser creadas o creadas a través de procesos naturales a una tasa mayor o igual a la tasa a la que se utilizan.

Analicemos cada ejemplo de fuentes de energía no convencionales con sus ejemplos, ventajas y desventajas como:

Energía de las mareas

Antes de saber qué es la energía de las mareas, primero entendamos qué son las mareas. Las mareas son el movimiento periódico de las aguas del océano debido a la fuerza gravitatoria de la luna y el sol. Las mareas son de dos tipos: mareas altas , es decir, la subida del agua y mareas bajas , es decir, la caída del nivel del agua. Dado que es causada por el efecto gravitacional del sol y la luna, la energía de las mareas se denomina energía renovable.

La energía mareomotriz es la energía que posee la subida y bajada del agua durante las mareas altas y bajas. La energía de las mareas se puede transformar en electricidad mediante la construcción de presas en las estrechas aberturas del mar.

La energía mareomotriz de las mareas se obtiene y utiliza para generar electricidad utilizando una máquina llamada Generador de Energía Mareomotriz . Los diques o presas de marea se construyen sobre una entrada de mar limitada. Cuando sube el nivel del mar, el agua se vierte en la presa. Esto hace que las palas de la turbina, que están conectadas a la entrada de la presa, se desplacen. Como consecuencia, se genera energía.

Ventajas de la Energía Mareomotriz

Algunas ventajas de la energía mareomotriz son:

1. La energía mareomotriz es una fuente de energía renovable, lo que implica que no se deteriora a medida que se consume.
2. Las centrales mareomotrices, además de ser una fuente de energía sostenible, no emiten gases de efecto invernadero durante la generación de electricidad.
3. Las corrientes de marea son bastante predecibles. Las mareas altas y bajas siguen patrones predecibles, lo que facilita predecir cuándo se generará electricidad a lo largo del día.
4. Las plantas de energía mareomotriz son capaces de producir grandes cantidades de electricidad. Una de las principales razones de esto es que el agua es extremadamente densa, más de 800 veces más densa que el aire.
5. Asimismo, el sistema establecido para la obtención de energía mareomotriz tiene bajos costos de operación y mantenimiento.

Desventajas de la energía mareomotriz

Algunas desventajas de la energía mareomotriz son:

1. La posible ubicación de la instalación debe cumplir condiciones extremadamente precisas para que se desarrolle una planta de energía mareomotriz. Debido a que deben ubicarse en la costa, las posibles ubicaciones de las estaciones se limitan a los estados costeros.
2. Debido a la alta densidad del agua, las turbinas de energía mareomotriz deben ser sustancialmente más robustas que las turbinas eólicas. El costo de construir una instalación de producción de energía mareomotriz varía según la tecnología utilizada.
3. El hecho de que la energía de las mareas sea renovable no implica que sea completamente ecológicamente benigna. El desarrollo de plantas de energía de energía mareomotriz puede tener una influencia significativa en la ecología circundante.
4. Si bien la energía de las mareas genera energía predecible, no produce energía constante. Podemos predecir cuándo la planta de energía mareomotriz generará electricidad, pero es posible que esa producción no coincida con la demanda de energía.

Energía eólica  

La energía obtenida del viento se denomina energía eólica . El viento contiene energía cinética que se puede utilizar para aprovechar la energía convirtiéndola en energía mecánica mediante el uso de molinos de viento. Aunque la energía eólica ha sido utilizada por nosotros durante mucho tiempo, se utilizó para impulsar las velas de los barcos en la antigüedad.

ventajas :

i. Al igual que la energía solar, también es una forma de energía renovable.

ii. No causa contaminación del aire ni calentamiento global al liberar gases nocivos.

iii. Es eficiente en el espacio y requiere muy poco espacio en la superficie del terreno y el terreno entre dos molinos de viento se puede utilizar para la agricultura y otros fines diferentes.

Desventajas:  

i. Es muy específico de la ubicación ya que los molinos de viento no se pueden instalar en todos los lugares. Solo se puede instalar en lugares donde haya vientos fuertes.

ii. Es muy costoso de instalar y difícil de reparar.

iii. Las tormentas y los ciclones causan grandes daños a los molinos de viento.

Ahora que hemos entendido las ventajas y desventajas de la energía eólica, comprendamos el funcionamiento de un molino de viento y cómo produce energía.

Un molino de viento es una estructura similar a una torre alta que tiene aspas (en su mayoría tres). Bajo la influencia de los vientos, estas palas giran y éstas hacen girar la bobina conectada a las palas. Esta bobina se coloca entre el polo norte y sur del imán que actúa como generador eléctrico y produce electricidad.

Energía solar

El sol es la mayor fuente de energía que tenemos, está irradiando energía muy alta constantemente durante mucho tiempo y continuará haciéndolo. La energía que obtenemos del sol se llama energía solar.  

La energía solar se puede aprovechar utilizando varios dispositivos como la cocina solar y el panel solar.

cocina solar

Todos sabemos que una superficie negra absorbe la mayor parte de la energía que cae sobre ella y refleja una cantidad muy inferior. Este principio utilizado por cocina solar y calentadores de agua solares. Además, algunas cocinas solares usan calentadores para enfocar los rayos del sol en un punto particular para calentar más. Además, las cocinas están cubiertas con una placa de vidrio, ¿puedes adivinar por qué? Es por el efecto invernadero ya que las placas de vidrio atrapan el calor del sol dentro de la cocina.

Desventaja de la cocina solar: la cocina solar solo puede funcionar cuando hay calor solar, no puede almacenar la energía solar para reutilizarla.

Panel solar

La desventaja de la cocina solar se supera mediante el uso de paneles solares. Un panel solar es una colección de células solares. Una sola celda puede producir un voltaje de alrededor de 0,5-0,9 V y puede producir una energía de 1,5 W.  

ventajas:  

i. No necesitan mantenimiento y duran unos 25 años.

ii. Pueden almacenar energía solar en forma de electricidad y pueden reutilizarse de varias maneras.

iii. Son una fuente de energía muy importante para las misiones espaciales, ya que todos los satélites orbitadores utilizan energía solar.

Desventajas:

i. Las células solares están hechas de silicio. Sin embargo, está disponible en cantidad abundante, pero el silicio de alta calidad es muy caro, por lo que el costo de instalación se vuelve muy alto.

La energía solar también es crucial para nuestra supervivencia. Esto se debe a que sin energía solar, la planta no puede hacer la fotosíntesis y, por lo tanto, no quedaría comida.

Ventajas de la energía solar:

i. La energía solar está disponible para nosotros en cantidad infinita. Desde entonces, el sol estará allí y emitirá energía continuamente durante los próximos cientos de millones de años.

ii. La energía solar puede proteger la naturaleza y reducir el calentamiento global. La energía solar es una forma de energía verde que se puede convertir en electricidad y utilizar en diferentes tipos de energía y este proceso de creación de electricidad es mucho más limpio que la quema de carbón que emite gases nocivos a nuestra atmósfera.

iii. Los dispositivos solares (como paneles solares y cocinas solares), aunque caros ahora, son una inversión única y ahorran una buena cantidad de dinero a largo plazo.

IV. El aprovechamiento adecuado de la energía solar también es un aspecto crucial de nuestra exploración espacial, ya que los satélites artificiales y otros orbitadores que enviamos al espacio exterior y a diferentes planetas funcionan con energía solar.

Energía eólica  

La energía obtenida del viento se denomina energía eólica . El viento contiene energía cinética que se puede utilizar para aprovechar la energía convirtiéndola en energía mecánica mediante el uso de un molino de viento. Aunque la energía eólica ha sido utilizada por nosotros durante mucho tiempo, se utilizó para impulsar las velas de los barcos en la antigüedad.

ventajas :

i. Al igual que la energía solar, también es una forma de energía renovable.

ii. No causa contaminación del aire ni calentamiento global al liberar gases nocivos.

iii. Es eficiente en el espacio y requiere muy poco espacio en la superficie del terreno y el terreno entre dos molinos de viento se puede utilizar para la agricultura y otros fines diferentes.

Desventajas:  

i. Es muy específico de la ubicación ya que los molinos de viento no se pueden instalar en todos los lugares. Solo se puede instalar en lugares donde haya vientos fuertes.

ii. Es muy costoso de instalar y difícil de reparar.

iii. Las tormentas y los ciclones causan grandes daños a los molinos de viento.

Ahora que hemos entendido las ventajas y desventajas de la energía eólica, comprendamos el funcionamiento de un molino de viento y cómo produce energía.

Un molino de viento es una estructura similar a una torre alta que tiene aspas (en su mayoría tres). Bajo la influencia de los vientos, estas palas giran y éstas hacen girar la bobina conectada a las palas. Esta bobina se coloca entre el polo norte y sur del imán que actúa como generador eléctrico y produce electricidad.

 

Energía geotérmica

La energía geotérmica es la energía térmica que poseen las rocas del interior de la tierra. Los lugares donde las rocas dentro del calor están muy calientes se llaman hotspot.  

Ahora, el calor de estas rocas calienta el agua subterránea y la convierte en vapor. Este vapor se extrae perforando un agujero en el suelo y conectando la tubería para hacer girar la turbina con la ayuda del vapor y producir electricidad para su uso.  

En la India, solo un lugar en Madhya Pradesh tiene un punto de acceso. Pero en EE.UU. hay un no. de centrales geotérmicas. El cinturón de fuego del Pacífico también es un lugar adecuado para sitios de energía geotérmica.

ventajas:

i. Son renovables y completamente amigables con el medio ambiente.

ii. También son energía del futuro y se están realizando nuevas investigaciones para aprovechar la energía geotérmica de manera más eficiente en diferentes partes del mundo.

Energía de biomasa

En primer lugar entender lo que es la biomasa? Los desechos y los restos muertos de animales vivos, plantas se llama biomasa. Contienen compuestos de carbono. La energía química almacenada en ellos se denomina energía de biomasa. Esta forma de energía está siendo utilizada por los humanos desde edades muy tempranas. Los humanos queman madera y estiércol de ganado para cocinar durante mucho tiempo y continúa hasta la fecha. Pero este método no es muy beneficioso ya que libera gases nocivos a la atmósfera.

Un uso mucho más avanzado y eficiente de la biomasa es la producción de biogás a partir de biomasa. El biogás se produce por la descomposición de la biomasa en ausencia de oxígeno. El biogás contiene casi un 60% de metano y el resto es dirust de carbono, hidrógeno y sulfuro de hidrógeno.  

El biogás se produce en una gran planta en forma de cúpula también llamada planta de biogás. En India, sin embargo, estas plantas se denominan plantas de gas Gobar porque el elemento principal en el que se produce el biogás aquí es el estiércol de vaca (también llamado gobar en el idioma nativo).  

ventajas:

i. Es una tecnología eficiente que produce combustibles a partir de nuestros desechos.

ii. Reduce nuestra dependencia de los combustibles fósiles, ya que el biogás producido a partir de plantas de biomasa se puede utilizar directamente como combustible.

iii. Es muy rentable y barato.

IV. Es carbono neutral. El dirust de carbono se libera al quemar biorresiduos, pero no se libera carbono a la atmósfera al quemar biocombustibles como el biogás, etc.

Desventajas:

i. Libera metano en el medio ambiente que provoca el efecto invernadero y el calentamiento global.

ii. No es tan eficaz como los combustibles fósiles.

iii. La construcción de una planta de biogás requiere mucho espacio.

Energía nuclear

La energía nuclear es la energía que se produce cuando un núcleo pesado se divide en dos núcleos ligeros o dos núcleos ligeros se fusionan en un núcleo pesado produciendo una enorme cantidad de energía en forma de calor y luz.  

Las reacciones nucleares son de dos tipos:

i. Fisión nuclear  

ii. Fusión nuclear

Fisión nuclear: el proceso en el que un núcleo pesado (por ejemplo, uranio, polonio) se divide en dos núcleos ligeros que producen una gran cantidad de energía y neutrones junto con él.

Fusión nuclear : el proceso en el que dos núcleos ligeros se fusionan en un núcleo pesado a una temperatura y presión muy altas, produciendo una gran cantidad de energía.

En ambas reacciones, el origen de la energía es la pérdida de masa, la suma de los productos es menor que la suma de los productos. La pérdida de masa se convierte en energía según la ecuación de masa-energía de Einstein , E=mc2.

Sin embargo, las reacciones nucleares producen una gran cantidad de energía, pero no están controladas y pueden causar explosiones.

Pero nosotros, los humanos, hasta ahora solo podemos controlar la reacción de fisión. Dentro del reactor nuclear, la reacción de fisión ocurre bajo condiciones controladas que producen calor que se usa para producir vapor para hacer girar la turbina y producir electricidad.

Reacción de fisión nuclear

Hemos visto la definición de fisión nuclear que dice que en la reacción de fisión, un núcleo pesado se divide en dos núcleos ligeros y produce una gran cantidad de energía y neutrones junto con él. Estos neutrones van y golpean los otros átomos de uranio (o plutonio) y así continúa la reacción en string y cada una de estas reacciones emite una gran cantidad de energía en forma de calor y luz. Esta es la razón por la cual las reacciones nucleares son incontrolables. Ahora, comprendamos cómo la planta de energía nuclear produce electricidad.

Ventajas de la energía nuclear:

i. La energía nuclear es una fuente de energía verde que no produce gases nocivos.

ii. La cantidad de energía obtenida de una sola reacción nuclear es muy alta.

Desventajas:

i. Las reacciones nucleares son muy difíciles de controlar, ya que son reacciones en string e incluso un pequeño error puede causar grandes riesgos.

ii. Los elementos utilizados en la reacción son radiactivos y la radiación puede causar graves problemas de salud como cáncer y otras deformaciones genéticas.

iii. Desafortunadamente, esto también se usa en armas nucleares. Una bomba atómica se basa en una reacción de fisión nuclear donde la reacción es incontrolable. Se usó dos veces en la Segunda Guerra Mundial y causó la muerte de millones de personas.

Hasta la fecha, no podemos controlar las reacciones de fusión.  

La fusión nuclear ocurre dentro del sol donde dos átomos de hidrógeno se combinan para formar un átomo de helio que en el proceso produce una gran cantidad de energía.

Problemas de muestra 

Problema 1: ¿Cuáles son las condiciones para que una fuente de energía sea buena fuente de energía?

Solución:

Una fuente de energía se considera buena fuente de energía si,

• De fácil acceso
• Fácil de almacenar y transportar
• Económico

Problema 2: ¿Puede cualquier fuente de energía estar completamente libre de contaminación? ¿Por qué y por qué no?

Solución:

No, cualquier fuente de energía no puede estar totalmente libre de contaminación. Esto se debe a que el proceso de producción de energía puede no causar contaminación, pero la producción de los dispositivos necesarios sí puede causarla. Al igual que la energía solar es verde, pero la fabricación de células solares causan contaminación. Del mismo modo, la energía nuclear puede no causar contaminación, pero los desechos electrónicos generados después de las reacciones de fisión son dañinos y causan riesgos para la salud. Aún así, son mucho más limpias que las fuentes de energía no renovables como los combustibles fósiles, el carbón, etc.

Problema 3: Nombre y defina el proceso utilizado para producir electricidad usando energía nuclear.

Solución:

El proceso utilizado para producir electricidad a partir de la energía nuclear es la Fisión Nuclear.

Fisión nuclear: La fisión nuclear es el proceso en el que un núcleo pesado se divide en dos núcleos ligeros de casi la misma masa y que producen una enorme cantidad de energía en forma de calor y luz.

Problema 4: Indique dos ventajas y limitaciones de producir electricidad a partir de energía solar.

Solución:

Ventajas de la energía solar:

• Es una fuente de energía verde ya que no contamina el medio ambiente.
• Está ampliamente disponible y durará millones de años y, por lo tanto, es una forma de energía más confiable que los combustibles fósiles y el carbón.

Desventajas de la energía solar:

• El costo del panel solar es demasiado alto, por lo que no todos pueden pagarlo.
• La instalación de paneles solares requiere mucho espacio abierto que reciba buena luz solar. Por lo tanto, no se puede configurar en cualquier lugar.

Problema 5: ¿Por qué no es recomendable la madera como combustible, aunque se considera que la madera es una fuente de energía renovable?  

Solución:

El uso de leña como combustible no es aconsejable porque:

• Los bosques que una vez se perdieron en la extracción de madera tardan entre 15 y 20 años en restaurarse, lo cual es un período de tiempo bastante largo. Así, la madera una vez perdida no puede renovarse inmediatamente.
• La quema de madera libera varios gases de efecto invernadero como el dirust de carbono y el metano que provoca el efecto invernadero y el humo provoca la contaminación del aire.

Problema 6: ¿Cómo todos los seres vivos de nuestro planeta dependen directa o indirectamente de nuestro sol para sobrevivir?

Solución:

Se dice que el sol es la última fuente de energía en nuestro planeta porque las plantas requieren luz solar para producir alimentos mediante la fotosíntesis. Ahora bien, este proceso tiene dos importancias cruciales: en primer lugar, proporciona alimento a todos los animales de este planeta, incluidos nosotros, y en segundo lugar, libera oxígeno, que es el gas que sustenta la vida para la supervivencia de todos los seres vivos. El sol también calienta nuestro planeta, lo que crea una temperatura adecuada en nuestro planeta para vivir. El calentamiento del sol es la causa de los vientos y las olas en nuestro planeta. La atracción gravitacional del sol provoca mareas, que es una parte importante de nuestro ecosistema y también una importante fuente de energía renovable. Por lo tanto, está muy claro que todos dependemos del sol directa o indirectamente para nuestra supervivencia.