Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLLas bastas extensiones marinas se han constituido en nuevas fuentes de generación de energía, debido a su alto potencial energético. Sin embargo, a pesar de que el potencial es elevado, este tipo de energía renovable no es muy utilizado, dado a que las tecnologías actuales son muy caras y no permiten lograr una buena eficiencia en la generación de energía.
Las energías de tipo marino se pueden dividir en 3 tipos, clasificadas en dos grupos: el primero, relacionado con la energía que se puede aprovechar de las mareas y las olas; y el segundo, que se basa en la diferencia térmica existente en el agua del mar.
Dentro de las energías de origen marino se puede citar la energía de las mareas, que aprovecha las diferencias de nivel alcanzadas por las mareas a través de un embalse, en el cual se instala una turbina que funciona cuando la marea baja y el agua almacenada fluye nuevamente hacia el mar.
También existe la energía de las olas, las cuales se forman por acción del viento y pueden hacer funcionar generadores que flotan y, que por medio de pistones, ponen en marcha una turbina, generando electricidad. Además de los flotadores, existen otros aparatos que son accionados por la energía que producen las olas en su movimiento.
Por último, se encuentra la energía térmica oceánica, la cual se fundamenta en el aprovechamiento de las diferencias de temperaturas de los océanos, que puede ser de hasta 20oC. Por medio de un ciclo de vapor obtenido por esa diferencia, se hace funcionar una máquina térmica.
En las próximas 3 cápsulas se explicará con mayor detalle cada uno de los anteriores tipos de energía.
Vea
cápsulas anteriores
Cápsula 1: Las energías renovables
Cápsula 3: Energía hidroeléctrica
Cápsula 4: Energía de la biomasa
4.1. Biomasa natural
4.2. Biomasa residual seca
4.3. Biomasa residual húmeda
4.4. Cultivos energéticos
4.4.1. Bioaceites
4.4.2. Bioalcoholes
Cápsula 5: Energía solar
5.1. Energía solar térmica
5.2 Energía solar fotovoltaica
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLSe le denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales inagotables. Las fuentes de energía renovable pueden dividirse en dos categorías: energías renovables no contaminantes o limpias y energía renovables contaminantes.
Entre las primeras se encuentran: la energía solar, la energía eólica (generada por medio del viento), energía hidroeléctrica, energía mareomotriz (generada por medio del los mares y océanos), y energía geotérmica (que usa el vapor proveniente del interior de la tierra).
Las energías de fuentes renovables contaminantes tienen el mismo problema que la energía producida por combustibles fósiles: en la combustión emiten dióxido de carbono, gases de efecto de invernadero, y a menudo son aún más contaminantes puesto que la combustión no es tan limpia, emitiendo hollines y otras partículas sólidas. Sin embargo se encuadran dentro de las energías renovables porque el dióxido de carbono emitido ha sido previamente absorbido al transformarse en materia orgánica mediante fotosíntesis. Este tipo de energía se obtiene a partir de la materia orgánica o biomasa, y se pueden utilizar directamente como combustible (madera u otra materia vegetal sólida), o bien convertida en bioetanol o biogás o por medio del tratamiento de los residuos urbanos.
El avance de la tecnología y el nivel de nuestra sociedad actual, se han dado en gran medida, gracias a la utilización de la energía proveniente de los recursos fósiles que por millones de años se almacenaron en la tierra. Sin embargo, esto ha tenido un elevado costo ambiental y económico, el primero debido a las elevadas concentraciones de contaminantes (CO2, CH4, N2O, CFC, etc.), causantes del efecto invernadero y el cambio climático, y el segundo, por la reducción o extinción de las reservas de combustibles fósiles de la tierra.
Preocupados por esta situación, muchos países han iniciado políticas que tienden a la utilización de otras fuentes energéticas que además de las ventajas ambientales que presentan, puedan ser utilizadas con la confianza de que nunca se acabarán.
Las Energías Renovables pueden contribuir entonces a que el avance de la tecnología y el desarrollo de nuestras sociedades continúen en aumento sin el costo ambiental y económico que ha representado la utilización de combustibles fósiles.
El problema actual que tienen las Energías Renovables, es su escaso desarrollo, que implica una serie de desventajas entrelazadas unas con otras y entre las que se pueden mencionar: falta de conocimiento, elevado costo de generación, baja tecnología, etc. pero con el tiempo y el interés, pueden ir disminuyendo hasta convertir este tipo de energía en una opción viable.
Por:
Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URL
También conocida como la energía del viento. Es una de las energías más antiguas en ser utilizada por el hombre, ya que los primeros navegante, hacían uso de la fuerza del viento para propulsar sus naves.
La energía eólica utiliza la energía cinética del viento para convertirla en energía mecánica que hace funcionar un molino de viento (aerogenerador) en el que se encuentra un generador eléctrico que la convierte finalmente en energía eléctrica. Se le considera renovable, porque su insumo principal, el viento, es inagotable y lo más importante de todo, es gratuito.
En la actualidad, este tipo de energía ha tenido un elevado crecimiento tecnológico constituyéndose en una de las principales fuentes de generación de electricidad. Los países que se encuentran a la vanguardia tanto en tecnología como en producción de energía son Alemania, España y Estados Unidos; que para el año 2006 alcanzaron una capacidad instalada de 20.6, 11.7 y 11.6 GW. Latinoamérica también ha iniciado a incursionar en el tema de la energía eólica, sin embargo su capacidad instalada en conjunto llega a los 0.5 GW, siendo Brasil el país con la mayor capacidad instalada (0.25 GW).
Desde el punto de vista medioambiental la energía eólica es considerada como una energía limpia no contaminante que, en lugar de contaminar, es sustituta de otras fuentes que si lo podrían ser, por lo que se le puede denominar “de emisiones evitadas”. Por ejemplo, con la producción de 1 GWh a través de energía eólica, se evita la emisión a la atmósfera de 1,000 Toneladas Métricas (TM) de CO2, 8 TM de SO2 y 6 de NOx (óxidos de nitrógeno), lo cual es sumamente positivo para evitar problemas relacionados con el cambio climático, el efecto de invernadero o las lluvias ácidas.
Su principal desventaja es la inseguridad en la existencia de viento en determinadas épocas o la variabilidad del mismo que harían una producción de energía muy variable llegando incluso a la producción nula de la misma, aspecto altamente perjudicial para áreas que dependan en un buen porcentaje de este tipo de generación ya que se producirían apagones generalizados por bajada de tensión.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URL
Este tipo de energía aprovecha la energía cinética debida a la velocidad que lleva el agua y la energía potencial que se produce con la diferencia de altura entre los dos puntos en los que ésta circula (del embalse o represa al cuarto de máquinas). Estas dos energías se conjuntan para accionar una turbina que se encuentra conectada a un generador eléctrico que produce electricidad.
Para el aprovechamiento del potencial energético que tienen los ríos, se construyen represas que almacenan el agua, que luego por medio de una tubería de conducción es llevada aguas abajo hasta el lugar en donde se encuentra la turbina. Dependiendo de la potencia instalada, las hidroeléctricas se pueden clasificar en: a) menor de 100 kW, Microcentrales Hidroeléctricas, b) entre 100 kW y 5 MW, Minicentrales Hidroeléctricas y c) Mayores de 5 MW, Centrales Hidroeléctricas.
Una de las grandes ventajas que tiene este tipo de energía es que el agua permite un almacenamiento y regulación en su uso, convirtiéndose en una gran ventaja por sobre otros tipos de energías renovables de carácter aleatorio como la eólica y la solar. Esta ventaja permite dosificar el uso de la energía o su explotación en momentos de elevada demanda energética.
La generación de energía eléctrica a través del agua es una de las más eficientes dentro de las energías renovables ya que se encuentra por sobre el 80%, la eficiencia de una central nuclear es del 33% y la de una central térmica es del 38.5%. Por otro lado, los ahorros en cuanto a la utilización de combustibles fósiles son evidentes, ya que por ejemplo, para generar 1GWh de energía (1,000,000 de kWh) por medio de una hidroeléctrica, evita la utilización de 223 toneladas de petróleo o 148,000 m³ de gas natural, favoreciendo a la reducción de emisión de gases contaminantes.
A nivel mundial, la energía hidroeléctrica aporta un 16.6% del total de energía eléctrica producida. A nivel Latinoamericano el aporte de este tipo de energía es del 10.5%. En Guatemala, según datos del Ministerio de Energía y Minas, en el 2,006 las hidroeléctricas produjeron un total de 3,270.16 GWh de energía, que representa el 41.3% el total de energía eléctrica producida. Con estos datos de producción de energía hidroeléctrica a nivel nacional, y de acuerdo a la relación expuesta en el párrafo anterior, para el año 2,006 Guatemala evitó la emisión a la atmósfera de 1.8 millones de Toneladas Métricas (TM) de CO2 al ahorrarse 730,000 toneladas de petróleo para la producción 3,270.16 GWh de energía.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLLa energía de la biomasa es una de las energías más antiguas que el hombre ha utilizado desde los inicios de su civilización hasta nuestros días; sin embargo, su uso empezó a disminuir con el inicio de la revolución industrial, en donde se le sustituyó progresivamente por los combustibles fósiles.
Se le considera biomasa a todas las sustancias orgánicas originadas de compuestos de carbono que se forman en la fotosíntesis, es decir, todos los elementos que forman parte de las plantas, y que proceden directamente de éstas, de alguna transformación realizada por las industrias, de los residuos urbanos (desechos orgánicos) o de la transformación que realizan los animales al alimentarse.
La biomasa se puede utilizar como medio de generación de energía principalmente por la combustión de la misma, en donde se genera principalmente calor (que ha sido su forma de utilización más común), o para la producción de vapor, con lo cual se hace funcionar una turbina para la generación de energía eléctrica. También se puede utilizar por medio de su descomposición, con lo cual se pueden producir gases combustibles (principalmente metano) para la combustión o para la generación eléctrica. Uno de los usos que está cobrando importancia en los últimos años, es la producción directa o indirecta de combustibles o carburantes que comúnmente se les ha denominado biocombustibles y biocarburantes.
De tal forma que la biomasa se puede clasificar, dependiendo de su origen o sus características, en los siguientes grupos:
Biomasa natural: que procede directamente de la naturaleza sin ningún tipo de intervención humana, conformada por los restos de hojas y ramas que se desprenden de los árboles.
Biomasa residual seca: son todos los residuos que se generan de actividades agrícolas, forestales y agroindustriales.
Biomasa residual húmeda: la cual está formada por aguas residuales urbanas, residuos ganaderos y residuos industriales biodegradables.
Cultivos energéticos: son especies cultivadas específicamente para la producción de algún tipo de combustible.
Residuos sólidos urbanos: que, aunque también están formados por compuestos de origen fósil (plásticos) o con origen en el reino mineral (vidrios, metales, etc.); tienen una gran cantidad de compuestos orgánicos.
Y por último, aunque no forma parte de la clasificación anterior pero son un grupo de gran importancia, se encuentran los Biocarburantes: estos tienen su origen en la transformación de la biomasa residual húmeda, seca o de cultivos energéticos; y su fin principal es la producción de algún tipo de carburante para maquinaria y vehículos.
Por la importancia que tienen los grupos descritos anteriormente, se desarrollará cada uno en las siguientes cápsulas informativas.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLComo se indicó en la cápsula interior, la biomasa natural procede directamente de la naturaleza sin ningún tipo de intervención humana, ésta se conforma por los restos de hojas y ramas que se desprenden de los árboles de los bosques. Los restos de las podas naturales de los árboles, los árboles derribados por el viento, así como también los conos o piñas (estróbilos femeninos) de las coníferas; constituyen ejemplos de este tipo de biomasa.
Por ser generada de forma natural, no implica ningún costo en su obtención, sin embargo su proceso de recolección y transporte, es lo que económicamente la inviabiliza en un proyecto de generación de energía.
La biomasa natural se ha constituido desde hace muchos años, como la fuente principal de combustible para la mayoría de países subdesarrollados y, en el caso de Guatemala, principalmente para las comunidades rurales, ya que por su facilidad de recolección y su libre acceso (gratis), es preferida a otras fuentes de energía.
Por lo tanto, la leña obtenida mediante recolección de los bosques naturales, es considerada un ejemplo claro de biomasa natural, la cual es a su vez la principal fuente energética utilizada por las comunidades del país.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLContraria a la biomasa natural, la biomasa residual seca requiere de la intervención directa del hombre para su producción. Se trata de todos los residuos que se obtienen de las diferentes actividades agrícolas y forestales y, que en muchos casos, se les ha considerado como desperdicio o basura, pero que tienen la característica especial de ser utilizados para la generación de energía, tanto térmica como eléctrica, por medio de su combustión.
La biomasa residual seca se puede dividir en 3 subgrupos: biomasa residual forestal, biomasa residual agrícola y residuos de industrias agroalimentarias o de transformación de la madera. Dentro del primer subgrupo, se encuentran los restos de las principales actividades silvícolas (podas, raleos), hasta los restos de ramas tras la corta final en los aprovechamientos forestales. En el caso de la biomasa residual agrícola, se pueden considerar los restos de los cultivos tales como el maíz, trigo, frijol y arroz, entre otros, después de obtener el producto principal -el grano-; así como también los desombres de café y cacao y las podas de frutales. En el último subgrupo se encuentran los restos de actividades agroalimentarias y forestales como lo son: la pulpa del beneficiado de café, el bagazo de la caña de azúcar, y la lepa y el aserrín en el caso de los aserraderos.Un aspecto importante a tomar en cuenta cuando se trabaja con biomasa residual seca, es que la misma debe encontrarse lo más cerca posible de su lugar de utilización, ya que aspectos como el transporte de la misma, pueden convertirse en gastos extras que la hagan poco viable.
Aunque se le llame biomasa residual seca, ésta contiene cerca del 40% de humedad, lo que conlleva a una baja eficiencia en el proceso de obtención de energía, ya que se debe utilizar una buena cantidad de energía para reducir esta humedad hasta un 10%, y a partir de allí poder obtener la energía neta que se va a producir.
Los tratamientos que conlleva el aprovechamiento de este tipo de biomasa empiezan con el secado de la misma, para su posterior astillado, triturado y tamiz; con lo cual se hace posible su ingreso a una caldera en donde se incinera y produce el calor suficiente para la producción de vapor de agua. Este vapor, hace funcionar una turbina que se encuentra conectada a un generador eléctrico con el cual se genera electricidad. En muchos casos, la energía que se produce es solamente calórica, que se utiliza para calefacción de viviendas o de agua domiciliar, para la cocción de alimentos, o para procesos industriales como la fundición de metales.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLSe le denomina biomasa residual húmeda a todos aquellos flujos residuales de origen orgánico resultantes de la actividad humana o animal, que se pueden producir en las ciudades (agua residual urbana), industrias (residuos industriales biodegradables) o instalaciones agropecuarias (residuos ganaderos). También se puede citar a los desechos sólidos urbanos (basura orgánica) que, por su alto contenido de humedad, son tratados mediante procesos biológicos. Si este tipo de desechos reciben un tratamiento previo de secado, pasan a formar parte del grupo de la biomasa residual seca.
Por su alto contenido de materia orgánica, la biomasa residual húmeda puede llegar a considerarse contaminante, ya que en su proceso de descomposición genera Metano (CH4) y Dióxido de Carbono (CO2). La contaminación que este tipo de biomasa produce no se debe únicamente a la generación de esos compuestos, sino que al momento de ser vertida a los ríos o lagos, los microorganismos que la descomponen, utilizan el oxígeno disuelto en los mismos afectando al resto del ecosistema acuático. Asimismo, por las altas concentraciones de Nitrógeno producto de la formación de Metano, se puede dar un crecimiento elevado de algas, lo cual contribuye también al consumo del Oxígeno disuelto, causando la muerte de otros seres vivos.
El proceso de degradación de la materia orgánica presente en la biomasa puede darse en presencia de Oxígeno (degradación aerobia) o en total ausencia del mismo (degradación anaerobia). En este último caso, ocurre una gran cantidad de reacciones complejas, llevadas a cabo por diferentes especies de bacterias que producen al final, dos productos principales: más microorganismos y gas, denominándosele a este último Biogás.
El biogás generado a partir de procesos de degradación de la materia orgánica de la biomasa residual húmeda se puede utilizar directamente como combustible en las industrias, o como combustible principal para la generación de energía eléctrica, al hacer funcionar las turbinas que se encuentran acopladas a generadores eléctricos.
Un caso práctico de la utilidad de este tipo de biomasa, es el proyecto de recuperación del vertedero de Valdemingómez en Madrid, España; en el cual, en una superficie de 110 hectáreas se formó una colina de 30 m de altura, acumulando 21.3 millones de toneladas de basura durante un período de 22 años. El proyecto consiste en la utilización del biogás generado en el vertedero, con lo cual se prevé la generación de 1,145 GWh (Giga watios hora) a lo largo de 16 años, con lo cual se puede cubrir el consumo del alumbrado público de toda la capital española.
En Guatemala, se cuenta con el Relleno Sanitario de la zona 3, así como gran cantidad de vertederos municipales o clandestinos en el interior de la república. De ellos, puede aprovecharse el gas producido que, de otra forma, contamina el ambiente y genera enfermedades respiratorias al acumularse directamente en la atmósfera.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLDentro de los cultivos energéticos se encuentran todas las especies herbáceas o leñosas que se cultivan con el propósito de generar biomasa a ser utilizada como combustible, sea este para movimiento de máquinas (vehículos y maquinaria), o para producir calor y/o electricidad. La leña es un caso de especial interés, que puede producirse a partir de un cultivo energético, cuya finalidad última es la producción de la misma. Cuando la leña procede de una actividad silvícola de poda, raleo o corta final, a esa plantación que la origina no se le puede denominar cultivo energético, ya que el fin de la misma es la producción final de madera, y la leña es nada más un subproducto de esa actividad.
Contrario lo que se persigue con los cultivos orientados a la producción alimentaria o forestal, con los cultivos energéticos solamente se busca obtener la mayor cantidad de energía por unidad de superficie, al menor costo posible y con el mínimo de impactos ambientales. Para ello, debe cumplir los siguientes requisitos: alta eficiencia fotosintética, alta resistencia a plagas y enfermedades, capacidad de rebrote, elevada energía por unidad de masa (alto poder calorífico), requerimientos edáficos y climáticos similares, respeto a la flora y fauna autóctona, balance energético positivo y bajo costo de producción.
Los cultivos energéticos se clasifican en función del uso final que se la dará a la biomasa generada. De esta forma se tienen dos grupos:
a) Cultivos energéticos dedicados a la producción de biocarburantes (combustible líquido para motores de combustión interna).
b) Cultivos energéticos dedicados a la generación de biomasa seca para generación de energía térmica y eléctrica.
También existen otras clasificaciones según otros criterios: ciclo de cultivo (anual, semiperenne), tipo (herbácea, leñosa), etc.Los cultivos energéticos dedicados a la producción de biocarburantes se pueden sub dividir en dos grupos, en el primero están las especies con un alto contenido en aceites (especies oleaginosas) que son utilizadas para la obtención de bioaceites (biodiesel); entre estos cultivos se pueden mencionar: la manía (Arachis hipogaea), el coco (Cocos nucifera), el girasol (Helianthus annus), la mostaza amarilla (Sinapis alba) y la soja (Glycine max.); entre otros. En el segundo subgrupo se encuentran las especies que tienen un importante porcentaje de azúcares y por lo tanto, se dedican a la elaboración de bioetanol y sus derivados; entre estos cultivos se pueden mencionar: la caña de azúcar (Saccharum officinarum), el maíz (Zea mays), la papa (Solanum tuberosum), la remolacha (Beta rubra) y el trigo (Triticum aestivum); entre otros.
En las próximas dos cápsulas, se hablará sobre los bioaceites y los bioalcoholes respectivamente.
En Guatemala, existe mucho interés por el desarrollo de cultivos energéticos, principalmente con el objeto de producir combustible para alimentar calderas que generen vapor de agua para la generación de energía eléctrica. Para esto, se han desarrollado plantaciones de eucalipto (Eucaliptus spp.) debido a su elevado poder calorífico, a su rápido crecimiento, a su alta resistencia a plagas y enfermedades y a su capacidad de rebrote, entre otras características.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLSe conoce como bioaceite al aceite vegetal que se extrae de plantas oleaginosas (girasol, soja, palma africana, manía, entro otras plantas). A este tipo de aceite se le ha considerado como un combustible para motores desde que el inventor del motor diesel (Rudolf Diesel) lo mencionara como adecuado para su motor en una patente del año 1912. Sin embargo, su utilización en forma pura no es muy conveniente debido a problemas que causa a largo plazo al ensuciar los inyectores.
Existen algunos vehículos que en la actualidad usan aceite vegetal puro pero que han tenido que realizar algunas modificaciones en su motor para que su utilización no sea perjudicial al mismo.
Mediante un proceso químico conocido como esterificación, es posible hacer que las propiedades físico-químicas de un aceite vegetal se aproximen a las del diesel para poder sustituirlo como combustible sin tener que hacer ninguna modificación al motor.
El proceso, por lo tanto, consiste en hacer reaccionar al aceite vegetal con un alcohol (metanol) en presencia de un catalizador; usualmente hidróxido de sodio (NaOH) o el hidróxido de potasio (KOH). Como subproducto de esta reacción, además del biodiesel, se obtiene la glicerina, que una vez refinada se puede utilizar en la industria química, cosmética, farmacéutica o para la elaboración de explosivos.En Europa, el aceite más utilizado es el que se extrae de la colza o mostaza (Brassica napus), mientras que en Estados Unidos se utiliza el aceite que se obtiene de la soja (Glycine max). En Guatemala, en los últimos años se ha desarrollado el cultivo de la palma africana (Elaeis guineensis) inicialmente para la elaboración de aceite para la industria alimenticia; sin embargo se le ha visto como un cultivo potencial para la elaboración de biodiesel. Actualmente existen 65,000 hectáreas de ese cultivo y con potencialidades de incrementarse aun más en los próximos años.
Como ventaja principal de la utilización del biodiesel, además de constituirse un combustible de producción renovable, contrario a los combustibles fósiles, es la reducción de emisión de contaminantes a la atmósfera. Las emisiones de dióxido de carbono se reducen en un 80%. El monóxido de carbono se reduce en un 48%. La emisión de anhídrido sulfuroso y otros compuestos derivados del azufre se reducen en casi un 100%. Solamente los óxidos de nitrógeno presentan un balance negativo, ya que su emisión se incrementa en un 13%.
Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un ácido (usualmente ácido sulfúrico) y un alcohol, para este caso, el ester producido es un éster metílico, comúnmente conocido como biodiesel.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLEs el nombre general que se le da al combustible generado a partir de procesos de fermentación de diversos tipos de material vegetal, el cual depende del contenido orgánico de cada uno de ellos. Dentro de los bioalcoholes se encuentra el bioetanol como uno de los más importantes, y el éter, que es un subproducto de éste. El bioetanol puede obtenerse de cultivos agrícolas con alto contenido de carbohidratos como la remolacha y la caña de azúcar, o de cultivos con alto contenido de almidón, como lo son los cereales (trigo y maíz principalmente) y la papa.
Este combustible se utiliza en combinación con la gasolina, en proporciones del 15, 25, 50 o hasta 85%, denominándoseles E15, E25, E50 o E85 respectivamente, por ejemplo un E85, es la combinación que tiene una proporción de 85% de bioetanol y 15% de gasolina. Para poder usar la mezcla del bioetanol con gasolina, es necesario que los motores de los vehículos sean modificados, a estos vehículos se les denomina FFV (Flexible Fuel Vehicles), cuya traducción es: vehículos adaptables al combustible. Cuando la combinación de bioetanol con la gasolina es menor al 15%, no es necesario que el motor del vehículo sea modificado.
La utilización de este combustible no reduce significativamente la emisión de CO2 y otros gases causantes del efecto invernadero, como lo hace el biodiesel; sin embargo, muchos autores coinciden en que si se toma en cuenta que el CO2 liberado del bioetanol, ya hubiese sido fijado en el proceso productivo de la planta, las emisiones podrían considerarse nulas (sólo estarían las producidas por el porcentaje de gasolina presente en la mezcla).
La producción de bioetanol a partir de caña de azúcar es mucho más eficiente que a partir de maíz* ya que, por ejemplo, de una hectárea de caña de azúcar se obtienen 7,500 litros de este combustible, mientras que de una hectárea de maíz sólo se obtienen 3,000 litros.
Un tema que ha generado mucha discusión en los últimos días, es el efecto negativo que podría ocasionar la generación de este tipo de combustible a partir de maíz, al competir o posiblemente sustituir su actual y principal uso como alimento, o por el encarecimiento que este producto alimenticio pueda tener al haber una mayor demanda para usarlo como combustible. Guatemala depende de la importación de maíz para satisfacer su demanda alimenticia debido a que la producción nacional no es suficient; sin embargo, los elevados precios internacionales como consecuencia de la demanda de este grano para la producción de bioetanol, ha hecho que los precios se eleven.
Una solución a este problema, puede ser que el gobierno desarrolle políticas que tiendan a mejorar la productividad nacional con técnicas de cultivo o variedades mejoradas de maíz, sistemas de riego y créditos agrícolas que den como resultado, la posibilidad de cubrir la demanda alimenticia nacional y no depender de la importación de este grano; y en cuanto a la producción de bioetanol, aprovechar el avance tecnológico y económico que ha alcanzado el cultivo de la caña de azúcar y su alto rendimiento en la producción de este tipo de combustible.
*Son la caña de azúcar y el maíz los principales cultivos que han desarrollado la mayor producción de etanol en Brasil y Estados Unidos respectivamente.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLSe le ha llegado a denominar al Sol como el padre de todas las energías renovables (e inclusive de las no renovables) debido a que, directa e indirectamente, influye en los diferentes tipos de energía. Por ejemplo, el Sol es responsable de las diferentes corrientes de aire que ocurren en la Tierra, beneficiando a la generación de energía eólica, así como al proceso de evaporación del agua con el que inicia el ciclo hidrológico hasta que se precipita al suelo y alimenta las corrientes de agua que fluyen a los ríos que son la materia prima de las hidroeléctricas; además de ser el detonador del proceso fotosintético con el cual se desarrollan las plantas, produciendo biomasa que finalmente puede convertirse en energía ya sea por combustión o por descomposición.
En el sentido estrictamente de la relación directa del Sol con la generación de energía, se le considera una fuente, ya que a partir del mismo se puede obtener energía en forma de calor o de luz.
La Tierra recibe la energía del Sol durante todo el día, a través de radiación directa o difusa (radiación que al chocar con diferentes cuerpos -suelo, nubes, etc.-, puede llegar nuevamente a un objeto dado proporcionándole energía con una menor intensidad). Dependiendo de la época del año y la posición geográfica de algún sitio en particular, la energía recibida es mayor o menor.
Por ejemplo, durante el invierno boreal (diciembre a enero) el hemisferio norte recibe la menor radiación solar que puede llegar a ser de 2 kWh/m²/día, mientras que en la misma época, el hemisferio sur recibe hasta 7.8 kWh/m²/día; durante el verano boreal (junio a septiembre) ocurre lo contrario. Las regiones ecuatoriales reciben durante todo el año un promedio de 9-10 kWh/m²/día.
En Guatemala se reciben 4.7 á 6 kWh/m²/día a lo largo del año, lo que significa que si se captara toda la energía que recibe una superficie de 1 m² durante 1 día, se podrían tener encendidas simultáneamente 250 bombillas de 20W durante 1 hora.
El ser humano ha logrado utilizar la energía solar y concentrarla por medio de calor (usos térmicos) o luz (usos eléctricos) para así sustituir fuentes tradicionales de energía. Este uso del Sol puede realizarse de forma activa o pasiva: activa cuando por medio de algún aparato de sistema de captación, se concentra la energía y se transforma; y pasiva cuando se diseñan las viviendas durante su construcción para aprovechar de una mejor forma la luz que reciben del Sol.
En las dos siguientes cápsulas se abordarán los subtemas de energía solar térmica y energía solar fotovoltaica, que derivan de los dos tipos de uso del Sol mencionados en el párrafo anterior.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLConsiste en la captación de la energía proveniente del sol y su transformación en calor para ser utilizada en diferentes aplicaciones. La transformación se realiza en unos dispositivos denominados “colectores solares” en donde la energía solar se utiliza para calentar un determinado fluido, que por lo regular es agua. Los colectores solares pueden ser de alta, media y baja temperatura, siendo estos últimos los más utilizados, ya que calientan el agua entre 50-70 °C.
El principal uso de la energía solar térmica es la producción de agua caliente sanitaria para cubrir las necesidades en los hogares. Para este caso, se utilizan unos paneles especiales que, por medio del efecto invernadero, captan la energía solar y la concentran en una tubería por la que circula agua o algún otro líquido (en estos casos se necesita de un circuito cerrado que no permita que el líquido se mezcle con el agua, sino que únicamente traslade el calor al circuito de agua de la casa).
Sin embargo, se puede utilizar también para calefacción de hogares en invierno, mediante un proceso que se denomina “suelo radiante”; así como también para la refrigeración en verano, para lo cual se utilizan equipos de absorción del calor. En una menor escala, se puede aprovechar la calefacción del agua para producir electricidad, sin embargo el proceso no es muy eficiente y resulta muy caro.
Con la utilización de energía solar para calentar agua, se contribuye con la reducción de emisiones de CO2; por ejemplo, con cada metro cuadrado de panel solar instalado, se deja de emitir 0.75 toneladas de CO2/m² en sustitución de electricidad y 0.19 toneladas de CO2/m² en sustitución de gas propano 1 .
El equipo de calefacción está compuesto también por un acumulador de agua caliente, que es un depósito grande que mantiene el agua a una temperatura específica (40-50°C) mientras el captador no está funcionando (por las noches o cuando la radiación solar es muy baja).
Un sistema de energía solar térmica se diseña para que aporte solamente el 70% del requerimiento, esto debido a que si se diseñara para aportar el 100%, en los meses de mayor radiación se obtendría más de lo requerido, desperdiciándose y haciendo ineficiente el sistema. El restante 30% se completa con una caldera de gas o algún sistema eléctrico.
En la actualidad, una de las limitantes que tiene este tipo de energía es que un sistema completo de calefacción tiene un alto costo, por lo que es necesaria una una gran inversión, que no lo hace rentable.1 Máster de energías renovables. Asignatura 6. Energía solar térmica. España: Universidad de Zaragoza.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URLConsiste en la conversión de energía solar (luz solar) en energía eléctrica, para lo cual es necesaria la utilización de células solares.
Una célula solar está constituida por materiales semiconductores en los que artificialmente se ha creado un campo magnético constante. El material conductor más empleado es el Silicio (Si) debido a su abundancia, ya que se calcula que más del 60% de la corteza terrestre está compuesta por Sílice, el cual tiene un gran contenido de Silicio. Por esta razón, más del 90% de las células solares actuales son elaboradas con este material. Otros elementos que se utilizan son el Selenio (Se), el Germanio (Ge) y compuestos como el Telururo de Cadmio (TeCd), el Antimoniuro de Indio (SbIn), etc. Cuando uno de los elementos anteriores recibe la luz del sol, se crea un movimiento de electrones dentro de sus átomos, por lo que algunos de estos electrones quedan libres. A este proceso se le conoce como el efecto fotovoltaico.
La combinación y conexión de las células solares en una estructura o placa plana se denomina módulo o generador fotovoltaico, el cual puede variar en función del número de células que posea, su tamaño, el material de las células y la eficiencia en la conversión de luz a electricidad. Los módulos solares más comercializados en la actualidad son los de Silicio Monocristalino y los de Silicio Amorfo (compuesto utilizado en las células solares de relojes y calculadoras).
Un sistema de energía solar fotovoltaico está constituido por la cantidad de módulos o paneles solares suficientes para aportar las demandas de energía eléctrica en el lugar donde se van a instalar. Pueden existir sistemas autónomos que son utilizados en lugares o comunidades en donde no hay energía eléctrica, o en lugares en donde se quiera tener una independencia completa de la energía eléctrica convencional. Para este último caso, además del sistema de captación, se necesita de un sistema de acumulación de energía para que el sistema funcione en las horas en que no hay sol.
Existe un tipo de instalaciones que se denominan “de conexión a red”, que satisfacen la demanda de energía con la luz del día a través de los generadores fotovoltaicos, incorporando la energía excedente (cuando la hay) a la línea de distribución eléctrica. Cuando el sistema deja de producir (en ausencia de luz solar) empieza a funcionar la energía eléctrica de la línea de distribución. Al final, en la factura de consumo, se compensa lo consumido con lo producido pudiendo haber incluso un saldo a favor del propietario.
Algunas de las ventajas de este tipo de energía son: a) El recurso es abundante, gratuito e inagotable, b) No produce ruidos ni contaminantes, c) La vida útil de los equipos puede superar los 30 años, por lo que no requieren de mayor mantenimiento, d) El equipo es de fácil colocación y desmantelamiento.
Su principal limitante es el elevado costo de una instalación, sin embargo existen nuevas tecnologías y materiales que pueden hacer que en poco tiempo el costo pueda reducirse considerablemente y poder de esa forma constituirse como una excelente alternativa para la sustitución de la energía convencional.
Por: Ing. Agr. Gerónimo Pérez
Investigador IARNA/URL
La energía geotérmica aprovecha el calor acumulado en el interior de la corteza terrestre. Dicho calor es generado por procesos de fisión que se dan en el núcleo de la Tierra debido a la existencia de elementos radioactivos como el Uranio y el Torio. Este calor se conserva debido a la baja conductividad térmica de las rocas.
En el núcleo terrestre, el calor puede alcanzar los 4,000 oC y va disminuyendo conforme se alcanza la corteza. El gradiente geotérmico promedio es de 2 a 3 oC por cada 100 metros de profundidad, sin embargo existen zonas en la tierra que pueden alcanzar hasta los 200 oC por kilómetro. Estas zonas son de gran importancia y se consideran como yacimientos geotérmicos.
Un sistema geotérmico puede manifestarse por medio de géiseres, que son emanaciones violentas de vapor en la superficie; fumarolas, que son emanaciones de gases y vapor que tienen un alto contenido de azufre; lagos de lodo, que por la presencia de arcillas forman charcas lodosas con burbujeo de gases y temperaturas similares a las fuentes termales; y por último los manantiales termales, que son afloramientos de aguas subterráneas a una temperatura mayor que la normal y que pueden ser usados para calefacción, recreación o para fines terapéuticos.
Para la generación de energía eléctrica son importantes los sistemas en los cuales predomina el vapor de agua, el cual es captado por un sistema de tuberías que llegan hasta una turbina, la cual se encuentra conectada a un generador que produce energía eléctrica. Sin embargo, los sistemas más utilizados en la actualidad son los que tienen predominio de agua caliente. En este caso, el agua al alcanzar la superficie es sometida a un proceso de expansión súbita, donde parte de la misma se evapora de forma inmediata y se dirige a la turbina donde se genera la electricidad.
De acuerdo al Perfil Ambiental de Guatemala publicado en el 2006 por el IARNA/URL, Guatemala cuenta con un potencial geotérmico de 1,000 MW que podrían producir 5,500 GW de energía (69% del consumo nacional). Para el año 2006 se aprovechaban únicamente 26.5 MW (2.65% del potencial nacional) en dos plantas geotérmicas, una en el municipio de Zunil, Quetzaltenango y la otra en la aldea San José Calderas del municipio de Amatitlán, Guatemala.
