Locos por la Geología

Como este post es continuación de los de las dos semanas anteriores, en caso de que no lo hayan hecho ya, les recomiendo ir a leer las dos partes iniciales, antes de internarse en ésta de hoy.

En la primera parte respondí las siguientes preguntas:

¿Qué se entiende por energías alternativas?

¿Qué tipos de energía alternativa existen?

¿En qué consiste la energía de biomasa?

¿En qué consiste el biogás?

En la segunda parte, me referí a:

¿En qué consiste la energía solar?

¿En qué consiste la energía geotérmica?

Y aquí retomamos con las preguntas que nos quedaban.

¿En qué consiste la energía hidráulica?

Es la energía alternativa por excelencia y la que desde hace más tiempo se viene empleando en el mundo para generar electricidad de consumo masivo. Se la considera una energía limpia, aun cuando no pueden (o no deberían) emplazarse las usinas hidroeléctricas sin una EIA (Evaluación de Impacto ambiental) previa, porque requieren una intervención que afecta notablemente el medio y su equilibrio natural.

La principal limitación, si se hace abstracción de los resultados de la EIA, es su emplazamiento, que depende obviamente de la magnitud y características de la cuenca hidrológica que se pretende aprovechar.

Como ya lo he mencionado, el uso de la energía hidráulica reconoce antecedentes muy remotos. Efectivamente los molinos de agua se usaban ya en la antigua Grecia para triturar cereales y hacer harinas. En esos casos lo que se usaba era la energía mecánica del agua, pero llegados a fines del siglo XIX, el agua en movimiento se usó por fin para generar electricidad.

La primera central hidroeléctrica se construyó en Niagara Falls en 1879, y ya en 1881 comenzó a proveer la energía para iluminar la ciudad.

Básicamente la energía hidroeléctrica se produce aprovechando la presión que el paso del agua ejerce contra las palas de turbinas, que al moverse hacen girar un generador productor de la electricidad. Cuando ademá¡s se aprovechan desniveles importantes, la energía potencial aumenta y la producción de electricidad se optimiza.

Lo que constituye todo el sitema puede en teoría reducirse a tres partes: el depósito en que se almacena el agua, la presa que puede abrirse y cerrarse para controlar el flujo del agua, y la central en la que se produce la electricidad. A la salida del sistema la electricidad puede conducirse por grandes distancias mediante cables, hasta las áreas de consumo.

Comparativamente, la energía hidroeléctrica es barata con relación a la eficiencia, puesto que una vez que la presa se ha construido, sólo hay costos de mantenimiento, ya que la fuente de energía (el agua) es gratuita, limpia y renovable, cualidad esta última que no debe sin embargo inducir al despilfarro, porque el agua no deja de ser un recurso escaso.

Adicionalmente, los diques de almacenamiento de agua pueden usarse con fines recreativos, y turísticos.

Sin embargo, como toda intervención, la construcción de presas en los ríos no carece de impacto sobre el ambiente, sobre todo por las modificaciones introducidas en la cuenca; de allí la necesidad de la EIA que mencioné más arriba. Puede ocurrir que en el emplazamiento deban inundarse pequeñas poblaciones, se puede destruir el hábitat de determinada flora y fauna, y se pueden afectar otros recursos naturales. Además la construcción puede provocar una disminución en los niveles de oxígeno disuelto en el agua, con numerosas consecuencias potencialmente dañinas.

Y por último, no debe despreciarse el riesgo que conllevan estos emprendimientos, relacionados a posibles colapsos por inundaciones excepcionales, sismos o corrimientos. Lamentablemente, hay registros de esa clase de eventos, sobre todo porque cuando se optimiza el rendimiento aprovechando desniveles geográficos, éstos suelen estar relacionados con zonas tectónicamente activas.

¿En qué consiste la energía eólica?

Indirectamente, el sol es el responsable también de esta forma de energía, ya que el viento se produce por diferencias de calentamiento entre áreas aledañas sobre la superficie terrestre. Como el viento no es otra cosa que aire en movimiento, es la energía cinética de ese movimiento la que se aprovecha para una de dos cosas: o bien para accionar directamente máquinas operativas; o bien para la producción de energía eléctrica. En el primero de los casos, el uso es casi tan antiguo como el de los molinos de agua. Recordemos como imagen inolvidable y significativa, al Quijote luchando contra los molinos de viento.

Para generar electricidad, el viento mueve una hélice que hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador, que produce energía eléctrica. Para que su uso sea rentable, se prefiere la instalación de conjuntos con numerosos generadores, denominados parques eólicos.

Por otra parte, para aprovechar al máximo la energía eólica, se deben conocer las variaciones diurnas, nocturnas y estacionales de los vientos, los cambios en la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, etc.

En cuanto a las posibilidades de emplazamiento de los parques eólicos, se requieren grandes espacios abiertos, sin vegetación arbórea que impida la circulación libre del aire, y condiciones climáticas que aseguren una producción más o menos continua de vientos con velocidades no menores a 3 o 4 m por segundo.

¿En qué consiste la energía mareomotriz?

La energía mareomotriz, podría llamarse con más propiedad energía oceánica o marina, ya que en última instancia no sólo aprovecha las mareas, sino todo el movimiento del agua en el mar.

De hecho, existen al menos tres diferentes métodos para aprovechar la energía marina, y ellos son:

• Aprovechamiento de las olas y corrientes: como siempre, se utiliza la energía cinética del agua, que moviliza las turbinas. Es el método de menor costo y menor impacto ecológico en el ambiente.
• Aprovechamiento de las mareas, que sería la energía mareomotriz propiamente dicha. En este caso se utiliza la energía potencial producida por la diferencia de altura entre las mareas altas y bajas, que no debe ser menor de 8 metros. Deben construirse diques, por lo que su costo es elevado y tiene también consecuencias ambientales.
• Energía mareomotriz dinámica: es una tecnología en desarrollo, que intenta explotar la interacción entre las energías cinética y potencial que tienen las mareas.

Las ventajas que pueden mencionarse para la energía mareomotriz son su limpieza y renovabilidad, la predictibilidad del comportamiento del recurso, y la durabilidad de las instalaciones.

Las desventajas son las consecuencias ambientales y el costo de construcción y mantenimiento.

¿En qué consiste la energía nuclear y cuáles son las objeciones que se le hacen?

La energía nuclear o atómica es la que se produce, ya sea de manera espontánea o inducida artificialmente en las reacciones nucleares. Puede aprovecharse para obtener energía eléctrica, térmica o mecánica.

Las reacciones nucleares se dan- obviamente- en los núcleos atómicos de algunos isótopos de ciertos elementos químicos (radioisótopos), como el uranio-235 (²³⁵U), el torio-232, el plutonio-239, el estroncio-90 o el polonio-210 (²³²Th, ²³⁹Pu, ⁹⁰Sr, ²¹⁰Po; respectivamente).

El tema de isótopos y sus reacciones, será tratado con mayor profundidad en un post específico.

Aquí sólo mencionaremos que la energía producida aprovechando las reacciones nucleares es limpia, no emite efluentes y no produce gases de efecto invernadero. No obstante, la sociedad, lógicamente sensibilizada por accidentes como el de Chernobyl, se opone férreamente a recibir instalaciones de este tipo, sobre todo, considerando la pregunta todavía no respondida acerca de cómo concretar la disposición final y segura de los residuos de la producción de energía nuclear.

Se trata de un tema que se ha tratado siempre muy livianamente, y sin otros fundamentos que los preconceptos, los fanatismos de uno y otro lado, y los análisis incompletos; por lo que también sobre esos aspectos escribiré un post ad hoc, en un momento no muy lejano.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

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Una sonrisita para inaugurar el fin de semana:

Grammatita: Gramática geológica.

Granitización: aparición del acné en los adolescentes.

Granito: expresión de la granitización.

Granulometría: medición del grado de avance del acné en los rostros juveniles.

Grauvaca: no es cualquier vaca.

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Un abrazo y hasta el próximo lunes, con un post científico. Graciela.

Como este post es continuación del de la semana anterior, en caso de que no lo hayan hecho ya, les recomiendo ir a leer la primera parte, antes de internarse en ésta de hoy.

La semana pasada contesté las siguientes preguntas:

¿Qué se entiende por energías alternativas?

¿Qué tipos de energía alternativa existen?

¿En qué consiste la energía de biomasa?

¿En qué consiste el biogás?

Aquí retomamos con las preguntas que nos quedaban.

¿En qué consiste la energía solar?

En realidad deberíamos decir siempre en qué consiste «el aprovechamiento» de la energía solar y de todas las que siguen, porque la energía propiamente dicha está siempre produciéndose, la usemos o no, y lo que paso a explicar es precisamente como darle un destino útil.

Aclarado ese punto más bien semántico, veamos lo que atañe a la utilización de la energía solar.

Primero debemos decir que existen dos formas de aprovechamiento a las que se denominan energía solar térmica por un lado, y energía solar fotovoltaica por el otro.

Comencemos por la energía solar térmica,- también denominada termosolar- que es la de uso ya más extendido en domicilios de todo el mundo, y que no requiere de redes, ya que cada hogar puede volverse autosuficiente, o casi, por sí mismo, sin estar conectado a ningún generador comunitario.

Su objetivo es simplemente aprovechar el calor que procede de la radiación solar, ya sea para cocinar alimentos, o para calentar agua, la cual a su vez puede destinarse primariamente al consumo sanitario o a la calefacción.

Adicionando dispositivos más sofisticados, puede aprovecharse también el agua sobrecalentada para generar vapor y por ende producir energía mecánica y, a partir de ella, energía eléctrica. Puede también emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, usando las diferencias térmicas en lugar de la electricidad.

Para cualquiera de los usos mencionados, el punto de partida es la instalación de colectores de energía solar térmica, los que pueden consistir en simples placas planas de materiales adecuados, o bien pueden incluir sistemas de lentes y espejos que concentran la luz solar, aumentando su eficiencia, y que suelen ser requisito para los usos más complejos como la producción de energía eléctrica o refrigeración.

La energía solar fotovoltaica, tal como el nombre lo indica, requiere la instalación de un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica.

Permítanme explicarles de manera sencilla qué es esencialmente una célula fotovoltaica. Supongamos un material semiconductor que se expone a una radiación electromagnética (en este caso sería la solar) que le libera un fotón, que a su vez golpea a un electrón y lo arranca, creando un espacio libre en el átomo, por un lado, y un electrón por otro que viaja hacia otro espacio libre para ocuparlo. Este nuevo equilibrio permite que la energía proporcionada por el fotón se disipe en forma de calor. Sin embargo, si al semiconductor se le agregan determinados elementos, el comportamiento eléctrico cambia, y los electrones libres son obligados a avanzar en una dirección, mientras los espacios libres permanecen en el lado opuesto del material. Naturalmente esto genera una diferencia de potencial, fenómeno semejante al que ocurre en una pila, ¡et voilá!, ya estamos produciendo electricidad.

Es precisamente la energía solar fotovoltaica la que se requiere para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución, aunque nada impide su uso en domicilios individuales, salvo tal vez el costo de su instalación, difícil de absorber por un solo propietario. Hoy en día la energía solar fotovoltaica es la tercera fuente de energía alternativa más utilizada, siguiendo a las energías hidroeléctrica y eólica.

La energía solar, en cualquiera de sus dos formas no emite ningún tipo de contaminante durante su funcionamiento, y se considera inagotable, pero tiene algunas desventajas, pues al depender enteramente de la captación efectiva de radiación solar, si la célula no se encuentra alineada de manera perfectamente perpendicular al sol se pierde entre un 10 y un 25 % de la energía incidente. Es obvio que los movimientos planetarios cambian constantemente esas posiciones relativas entre los rayos solares y los paneles colectores.

Por eso es que en las plantas de generación de electricidad en gran escala (donde la pérdida de un 10 a un 25% de energía entrante es más significativa en materia de costos que en los domicilios particulares) se instalan seguidores solares para maximizar la producción de energía.

Al margen de esto, la producción de energía solar es afectada también por condiciones meteorológicas como nubes, lluvias, bruma o smog, además de la suciedad que normalmente se va depositando sobre los paneles.

Por todo lo mencionado, la energía solar debe complementarse con otras formas de energía, como las convencionales, hidroeléctricas o nuclear. También es por eso que se están comenzando a fabricar baterias con vanadio, capaces de almacenar la energía eléctrica generada por el sol o por el viento.

¿En qué consiste la energía geotérmica?

Para entender mejor lo que vamos a conversar ahora, les conviene ir a leer primero las explicaciones que en su momento presenté sobre gradiente y grado geotérmico, en este post.

Ustedes ya saben ahora (si siguieron mi orden inapelable amable sugerencia de ir a leer los conceptos previos), que existen zonas con gradientes térmicos anómalos, en los que a los pocos metros de profundidad se alcanzan temperaturas muy elevadas. Un claro ejemplo son las zonas volcánicas y las de aguas termales.

Básicamente lo que se aprovecha entonces es ese calor, que se trae a la superficie vehiculizado por el agua. Para ello se puede simplemente extraer el agua caliente desde las napas profundas de las zonas de alto grado geotérmico, y una vez en superficie, generar electricidad a partir del vapor.

En caso de tratarse de rocas no portadoras de agua, e inclusive no permeables naturalmente, se inyecta en ellas agua desde la superficie, iniciando un ciclo en que el agua se inyecta, vuelve sobrecalentada, se utiliza el vapor generado, y el agua residual vuelve a inyectarse. Si la roca no es inicialmente permeable, se requiere de un paso previo de fracturación por microexplosiones subterráneas.

La energía geotérmica tiene dos limitaciones importantes: la primera es que las zonas a alimentar con este tipo de energía deben estar próximas al sitio de producción, lo que por lo general no es el caso. En efecto, si lo pensamos en términos de tectónica global, las regiones de mayores anomalías térmicas están conectadas con contactos entre placas (porque el calor tiene que ver con todo el sistema tectónico), donde las actividades sismo-volcánicas son habituales, y por ende poco recomendables para la urbanización. En el caso de á¡reas hidrotermales, suele preferirse el uso recreativo y turístico antes que la producción energética, aunque ya hay muchas regiones donde se compatibilizan ambas alternativas, de manera muy racional.

La otra gran limitación reside en la baja conductividad de las rocas, que hace que en pocos metros de ascenso, el agua se vaya encontrando con materiales fríos que la enfrían a su vez. La repetición del ciclo termina por generar una pérdida acentuada de temperatura del conjunto y de su eficiencia como fuente de energía. Por eso es que los campos geotérmicos tienen operatividad de unas pocas décadas, y requieren para su recuperación larguísimo tiempo, con lo que considerar a este recurso como inagotable, es bastante cuestionable.

Y bien, llegados aquí, como ya venía temiendo, el post ha resultado bastante extenso, de modo que para evitar que salgan huyendo despavoridos, voy a dejar (como situación excepcional) para una tercera parte, que publicaré el próximo lunes, las preguntas que faltan, y que son:

¿En qué consiste la energía hidráulica?

¿En qué consiste la energía eólica?

¿En qué consiste la energía mareomotriz?

¿En qué consiste la energía nuclear y cuáles son las objeciones que se le hacen?

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

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Hace ya bastante, subí la lista con las diez anécdotas más divertidas de mi vida profesional, con la promesa de contar cada una en algún momento.

Hoy va la que sigue en el listado.

Se trata de una ducha que me dí en Cerro Colorado.

Por aquellos años, cuando investigábamos la zona, no había muchos buenos alojamientos donde pernoctar cuando la campaña duraba varios días. Sobre todo porque para no perder demasiado tiempo en desplazamientos estériles, necesitábamos un lugar no muy alejado de los cerros. De hecho conseguimos una habitación grande bastante precaria, dividida en dos por una cortina, para separar lo que servía de cocina del resto. Yo dormía en la cocina, y los hombres en la otra parte. Pero resultó ser que no había baño sino sólo una letrina fuera de la estructura principal.

Para lavarnos los dientes, la cara y las manos, teníamos agua que venía por medio de una manguera y una bomba desde el río que estaba unos 30 m más abajo. Usábamos pues la manguera y un tacho. Pero todos queríamos bañarnos después de un día de trabajo intenso, de modo que instalamos una precaria ducha, con un tanque diminuto que se calentaba con alcohol de quemar y que tenía una flor que dispersaba bien el agua.

El problema es que el piso de la casa era de tierra, y no contaba con ningún desagüe, de modo que para no hacer barro, instalamos la ducha en una especie de galería abierta por los lados, pero techada, que rodeaba la casa. Elegimos para colgar el sistema, un punto de la galería adonde llegaba bien la manguera que proveía de agua al tanquecito de la ducha. Ese punto resultó ser frente a otro cerro, un poquito más alto.

Como una forma de respeto mutuo, cuando yo me bañaba, los hombres permanecían dentro de la casa, y cuando ellos se bañaban, era yo quien me quedaba adentro. Además nos duchábamos en la oscuridad.

Una de esas noches, cuando había una luna llena impresionante, y yo me había ya lavado el pelo, y me estaba enjabonando, escuché un relincho, que me hizo volverme y mirar el cerro que estaba al frente, y levantar la vista hasta su cima. Y allá vi a un gaucho, montado en su caballo, fumando un cigarrillo, y disfrutando de un espectáculo totalmente insólito para el lugar. Cuando me envolví rápidamente en la toalla, el hombre se tocó el sombrero a modo de saludo, y se fue cerro abajo, al tranco lento de su cabalgadura.

Huelga decir que desde ese día suspendí las duchas, y fui a bañarme al río, donde me pasó lo del sapito que ya les conté en otro post.

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Un abrazo y hasta el próximo lunes, con un post científico. Graciela.

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Desde hace ya más de un siglo, el continuo crecimiento demográfico, dio lugar a lógicas exigencias sobre el recurso energético, cuya intensiva explotación, producción y uso, generaron efectos colaterales no deseados, como la contaminación y la creciente amenaza de agotamiento de las fuentes convencionales, es decir, los combustibles fósiles.

Es por eso que en las últimas décadas se ha producido un interés siempre creciente sobre lo que conocemos como energías alternativas, cuestión de la que hablaremos hoy. Por lo extenso del tema, este post estará dividido en dos partes, (o tres, si me extiendo demasiado en alguna) para que no se aburran y se vayan antes de terminar de interiorizarse sobre un típico tan importante. La segunda parte, como ya es habitual, subiré el próximo lunes.

Mencionemos que las formas de consumo energético son múltiples, pero en general lo que se produce es energía térmica o eléctrica, procedente esta última ya sea de la primera, o de formas de energía cinética, como es en el caso del viento. De esas formas de energía estaremos hablando aquí.

Si bien todas las formas de energía alternativa tienen también algunas dificultades u objeciones, como el alto costo de su instalación inicial, las limitaciones geográficas para su emplazamiento, y todas las que iremos mencionando; es precisamente la última que comentaremos, vale decir, la energía nuclear, la que más reparos genera, y la que menos aceptación social alcanza. Por esa razón agrego un apartado específico en la pregunta correspondiente.

¿Qué se entiende por energías alternativas?

Como pasa casi siempre que un tema alcanza centralidad en los debates, las opiniones divergen, y aparecen diversos puntos de vista.

Así pues, en su sentido más literal y seguramente también el más amplio, se habla de «energías alternativas» cuando se producen por medios diferentes a los combustibles fósiles. Es por eso que aquí no se incluyen los yacimientos no convencionales, pues no son energías alternativas, sino modos alternativos de evaluación y explotación de los mismos combustibles fósiles.

En una visión má¡s restringida, se considera que la expresión «energía alternativa» debe ser usada como sinónimo de energía limpia, energía verde, energía renovable o energía sostenible. En este caso, todavía quedan puntos a discutir, ya que la leña, por mencionar un caso, si bien no procede de combustibles fósiles, puede no ser sostenible en el largo plazo por la deforestación que implica. En tal caso, ¿es o no energía alternativa? Depende de la definición adoptada previamente.

Otro tanto pasa con la energía nuclear, que explota minerales no clasificables como combustibles fósiles, pero que tampoco puede considerarse energía verde, y cuya sostenibilidad puede discutirse. Nuevamente, la segunda opción para definir las energías alternativas cae en un cono de sombras.

Por todo lo dicho, yo prefiero la primera de las definiciones, que a mi modesto entender es más objetiva y se aleja más de ser materia opinable. Y en este post usaré ese criterio.

¿Qué tipos de energía alternativa existen?

En el momento actual- y aclaro esto porque muchos otros recursos están en vías de investigación y pueden incorporarse en cualquier momento al listado- son las fuentes energéticas alternativas ya en uso masivo, las siguientes:

• Energía de biomasa
• Energía de biogás.
• Energía solar
• Energía geotérmica
• Energía hidráulica o hidromotriz
• Energía eólica
• Energía mareomotriz
• Energía nuclear

¿En qué consiste la energía de biomasa?

También hay aquí dos criterios: en el más amplio, por tratarse de materia vegetal, estaría incluida la leña, aun para consumo doméstico, con las objeciones que señalé más arriba.

En su sentido más estricto, sólo se denomina energía de biomasa a la que se genera de manera económica en términos de recurso y ecológicamente; y se emplea para producir energía eléctrica en una central inicialmente térmica.

Esta energía se obtiene por la combustión de residuos orgánicos de origen animal y vegetal. Es decir que su materia prima es siempre material ya desechado, y la leña obtenida de ejemplares vivos resulta excluida. Se usa pues todo el producto biodegradable, como aserrín, huesos, cortezas, etc, subproductos de otras industrias, que se prensan semejando «ladrillos» combustibles que reemplazan al carbón, en establecimientos que producen calor a gran escala.

¿En qué consiste el biogás?

El biogás es un paso más avanzado en el aprovechamiento de la biomasa, ya que implica un paso intermedio en el cual se biodegrada la materia orgánica de los desechos disponibles.

Esto se hace «poniendo a trabajar» los microorganismos que digieren la materia orgánica, en dispositivos específicos sin oxígeno. Esto da lugar a la formación de un gas combustible que se utiliza a su vez para producir energía eléctrica.

Hasta aquí lo que les presento por hoy. El próximo lunes responderé las restantes preguntas, y lo haré con mucho más detalle, debido a que las formas de producir energía involucradas en ellas, se relacionan más directamente con la Geología. Las preguntas en cuestión son:

¿En qué consiste la energía solar?

¿En qué consiste la energía geotérmica?

¿En qué consiste la energía hidráulica?

¿En qué consiste la energía eólica?

¿En qué consiste la energía mareomotriz?

¿En qué consiste la energía nuclear y cuáles son las objeciones que se le hacen?

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

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