Hay situaciones en las que parece que esto nos es
así, es decir, no se cumple el principio de
conservación. Por ejemplo: cuando sembramos un campo de
trigo en la cosecha se recoge mucho más trigo
(energía interna) que la semilla que se utilizó.
Otro ejemplo: cuando llueve y se llena un pantano aparece
energía potencial del agua. ¿De dónde
procede dicha energía?. En ambos casos el aporte de
energía procede del Sol, capaz de evaporar el agua de
ríos y mares dando lugar a las nubes que permiten llenar
el pantano y de que las plantas, a
través de la fotosíntesis, sean capaces de
crecer.
Para terminar de definir conceptos, es necesario hablar
desde el punto de vista físico del trabajo y del calor. Para
que la energía se transfiera entre los sistemas
éstos deben interaccionar entre sí. Cuando la
interacción es de tipo mecánico, es decir, mediante
la actuación de una fuerza (como
en el caso anterior del obrero que sube el saco de yeso desde la
planta baja hasta el primer piso) la transferencia de
energía entre un cuerpo y otro se denomina trabajo.
Mientras se realiza trabajo sobre un cuerpo, se produce una
transferencia de energía al mismo (la energía
interna del obrero se está transformando en energía
potencial del saco y en energía potencial del propio
obrero), por lo que puede decirse que el trabajo es
energía en tránsito.
El calor interviene cuando dos cuerpos o sistemas que se
encuentran a distintas temperaturas interaccionan. La
energía se transfiere desde el cuerpo caliente (tiene
más energía interna) al frío y esa
transferencia de energía se denomina calor. Se puede decir
que el calor es energía en tránsito, que siempre
fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor
temperatura, con lo que eleva la temperatura de la de la segunda
y reduce la de la primera. Por ejemplo, si echamos hielo a un
vaso de agua, el agua que está a mayor temperatura cede
energía al hielo que está a menor temperatura. La
consecuencia es que el agua baja su temperatura (el agua se
enfría).
Para medir la cantidad de energía que se
transfiere entre los sistemas es necesario establecer una unidad.
La unidad de energía en el Sistema Internacional de
medidas es el Julio (J). Al ser el trabajo y el calor
energías en tránsito, su unidad también es
el Julio. Otras unidades de energía más familiares
son la caloría (cal) que equivale a 4’18 J, y el
kilovatio-hora (kWh) que equivale a 3.600.000 J. Un Julio es una
cantidad de energía muy pequeña si observamos su
equivalencia con el kilovatio-hora. Pongamos otro ejemplo: 1 kWh
es la energía que transforma (en el lenguaje
cotidiano "consume" o "gasta") una bombilla de 40 vatios
encendida durante 25 horas. La unidad kilovatio-hora
también nos informa de otro aspecto de la energía:
cuesta dinero.
Actualmente 1 kWh cuesta unos 0’079 euros.
Una vez definidos los conceptos relativos a la
energía podemos pasar a describir las transformaciones
energéticas que tienen lugar en la Planta de Biomasa.
También intentaré explicar por qué la
biomasa es una fuente de energía renovable que no
contribuye significativamente a aumentar la
contaminación global del planeta.
No todas las formas de energía son equivalentes.
Hay unas formas de energía que permiten realizar
más transformaciones que otras. La energía
eléctrica, por ejemplo, la podemos utilizar en una gran
variedad de procesos
diferentes, aprovechándola en su casi totalidad, mientras
que la energía interna del agua caliente tiene menos
utilidades directas. Decimos que la energía
eléctrica es de mejor calidad que la
energía interna del agua caliente.
Generalmente, cuando usamos la energía para
algún proceso que
nos proporciona bienestar, utilizamos energía de una
determinada calidad y al final del proceso tenemos la misma
cantidad de energía, pero de peor calidad, de forma que
decimos que la energía se ha degradado. En el lenguaje
cotidiano, decimos que hemos "consumido energía", aunque
en realidad sigue existiendo la misma cantidad de energía,
pero ahora de calidad inferior.
En muchas ocasiones el último eslabón de
la cadena de transformaciones es un aumento de la temperatura del
medio
ambiente. Ese aumento de temperatura se nota muy poco, pues
el ambiente es
muy grande y, si en un momento puede darse una elevación
importante de temperatura en una zona limitada,
rápidamente tiende a igualarse la temperatura con los
alrededores.
El proceso inverso, producción de energía de alta
calidad (en adelante energía eléctrica) a partir de
energía de baja calidad, es posible pero a costa de
aprovechar sólo una parte de esta. Es lo que ocurre cuando
se produce energía eléctrica a partir de la
energía química (interna) de
un combustible, sólo se puede aprovechar una parte, que
difícilmente sobrepasa el 30-40%. La energía de
partida para la producción de energía
eléctrica define lo que se denomina fuente de
energía: un sistema natural cuyo contenido
energético es susceptible de ser transformado en
energía útil. La principal fuente de energía
hoy día es el petróleo, el carbón y el
gas natural
(genéricamente se denominan combustibles fósiles).
Otras fuentes de
energía son el uranio, el agua almacenada en pantanos,
el Sol, el
viento, la biomasa, las mareas, el calor interno de la Tierra…
No es mi objetivo el
analizar las ventajas e inconvenientes de cada fuente de
energía y sí centrarme en la biomasa como tal. En
la definición de biomasa se incluyen las materias de tipo
vegetal, residuales o procedentes de cultivos que tienen carácter
renovable, así como las deposiciones animales con
valor
energético. En realidad, la biomasa, en forma de
leña o carbón vegetal, ha sido la base del
suministro energético de la Humanidad durante muchos
siglos. Sin embargo, el término biomasa es muy amplio y
engloba residuos forestales (procedentes de la limpieza del
bosque y de la industria
maderera), residuos agrícolas (desde la paja a residuos de
las almazaras, pasando por el de los invernaderos, residuos de la
poda…), residuos ganaderos (gallinaza de las granjas de pollos,
residuos del ganado vacuno o lanar, etc.) y cultivos
energéticos (cultivos destinados a la producción de
biomasa energética en cantidades significativas como el
cardo, el chopo y el eucalipto).
Hoy día se pretende utilizar la biomasa como
fuente de energía por dos razones básicas: es
renovable y tiene un menor impacto
ambiental. Cuando utilizamos, por ejemplo, fuel como
combustible, estamos utilizando una sustancia (el petróleo
de donde procede) que ha necesitado millones de años para
crearse, por tanto podemos decir que es una fuente de
energía no renovable. No ocurre lo mismo con la biomasa.
Es una fuente energética renovable si el ritmo de
utilización de ésta no sobrepasa el de la
creación de la misma. En cuanto al impacto ambiental, la
biomasa suele ser un combustible más limpio en azufre y
metales que
los combustibles fósiles y no contribuye al llamado
efecto
invernadero. En efecto, al quemar un combustible ya sea
fósil o biomasa se genera un gas,
dióxido de carbono
(CO2), que es el principal responsable (no el
único) del calentamiento global del planeta por efecto
invernadero, entonces ¿por qué el dióxido de
carbono procedente de la combustión del petróleo sí
contribuye al calentamiento global del planeta y el procedente de
la biomasa no?.
Todos los seres vivos estamos constituidos por unos
pocos elementos químicos, principalmente carbono,
hidrógeno, oxígeno
y nitrógeno. El carbono presente en nuestro cuerpo procede
de los alimentos que
tomamos (animales y vegetales) y se puede decir que es un carbono
"procesado" ya que las sustancias que tomamos son compuestos
complejos del carbono (glúcidos, lípidos y
proteínas). En el caso de las plantas, el
carbono presente en las mismas procede de la atmósfera pues lo
toman del dióxido de carbono. Para "procesar" dicho
dióxido de carbono y convertirlo en una sustancia compleja
necesaria para los procesos vitales la planta utiliza la fotosíntesis. En definitiva, las plantas
toman dióxido de carbono de la atmósfera para
crecer y nosotros devolvemos dicho dióxido de carbono a la
atmósfera cuando utilizamos dichas plantas como
combustible. El balance global es nulo y la biomasa como
combustible no contribuye al aumento del dióxido de
carbono en la atmósfera. No ocurre lo mismo con el
petróleo o el carbón ya que han sido necesarios
muchos millones de años para fijar el dióxido de
carbono que generan en su combustión. Se puede decir que
el petróleo y el carbón son "biomasa
fósil".
En los párrafos anteriores me he referido a la
utilización de la biomasa como fuente energética
mediante la combustión directa de la misma, tal como
ocurre en la planta de aprovechamiento energético de la
biomasa del olivar. No es la única forma de uso de la
biomasa como fuente de energía ya que, como ya se ha
comentado, el concepto de biomasa es muy amplio. Así,
también se utiliza la biomasa para la producción de
biodiesel o bioalcohol que sustituyen al gasoil o a la gasolina.
El primero se obtiene de semillas oleaginosas y el segundo de
granos de cereal, tubérculos, caña de azúcar
y otros materiales con azúcares. Otro uso diferente a la
combustión directa de la biomasa, contemplado
también para el caso del residuo del olivar, es la
fermentación anaeróbica (sin aire)
por bacterias. En
el proceso de fermentación se produce un gas (llamado
biogás) rico en metano y, por tanto, combustible que se
puede utilizar como tal.
Antes de pasar a las transformaciones energéticas
en la planta de biomasa, un dato: en España se producen
anualmente unos 30 millones de toneladas de residuos
agrícolas. Teniendo en cuenta que los residuos mencionados
son de bajo contenido en humedad, es lógico pensar que se
puedan transformar en energía útil por métodos
termoquímicos (del tipo de la combustión). En estas
condiciones, y asignando a este tipo de residuos un poder
calorífico medio de 14’5 millones de julios por
kilogramo, se obtendría que el potencial teórico de
los residuos agrícolas españoles equivaldría
a unas 10’4 millones de toneladas de petróleo (cerca
de un 10% del consumo
energético actual).
Transformaciones
energéticas en la planta de biomasa
Una central eléctrica es una instalación
capaz de convertir la energía mecánica, obtenida
mediante otras fuentes de energía primaria, en
energía eléctrica. En el caso de la planta de
biomasa, la fuente primaria de energía es el residuo del
olivar conocido como orujillo de la aceituna. En realidad, la
planta de la biomasa es un tipo de central térmica como
vamos a ver de una forma muy simplificada.
Empecemos por el combustible. La energía
contenida en el orujillo que nos permitirá realizar
cambios es energía interna. Este orujillo se quema en una
caldera y la energía interna se transfiere en forma de
calor al agua que circula por una extensa red de tubos que tapizan las
paredes de la caldera. El aumento de la temperatura del agua es
tal que pasa al estado de
vapor a alta presión
(el agua se encuentra en un circuito cerrado). Ha ocurrido una
primera transformación energética: la
energía interna del combustible se ha transformado en
energía interna del vapor de agua. A continuación,
a través de las tuberías, el vapor entra a gran
presión en la turbina de la central y su expansión
hace girar los álabes (paletas curvas) de la misma. Ha
ocurrido una segunda transformación energética: la
energía interna del vapor de agua se ha transformado en
movimiento, es decir, en energía cinética o
mecánica.
La última transformación energética
tiene lugar en el alternador. Cuando una bobina de cobre gira en
el seno de un campo
magnético, generado por un imán o
electroimán, se genera energía eléctrica. El
aparato donde tiene lugar dicha generación se denomina
alternador aunque, en realidad, no son las bobinas que lo
contienen las que giran sino los electroimanes. El giro de los
electroimanes en el alternador se produce gracias a la turbina ya
que el eje de la misma está unido al rotor del alternador.
Ha ocurrido una tercera transformación energética:
la energía mecánica del eje de la turbina-rotor se
ha transformado en energía eléctrica.
Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a
la fase líquida (para su reutilización) en el
condensador. Independientemente del sistema de
condensación utilizado, aquí también tiene
lugar una transformación energética ya que la
energía interna del vapor de agua se transforma, en
última instancia, en energía interna del medio
ambiente. Esta energía interna del medio ambiente no es
energía útil y forma parte de la pérdida
energética que tiene lugar en el proceso. No es la
única pérdida energética que tiene lugar,
otra pérdida energética se produce, por ejemplo, en
la caldera: la energía interna del orujillo no se
transforma completamente en energía interna del vapor de
agua ya que el medio ambiente que rodea a la caldera
también aumenta su temperatura, es decir, su
energía interna. Al final del proceso, toda la
energía interna del orujillo se ha transformado en otras
formas de energía: entre un 20 y un 30% se ha transformado
en energía eléctrica, mientras que el resto pasa a
ser fundamentalmente energía interna del medio
ambiente.
– Bullejos de la Higera, J. y col., Ciencias de la
Naturaleza. Física y
Química, Ed. Elzevir, 1993.
– Asimov, I., Introducción a la ciencia,
Ed. Orbis, 1987.
– Alejo García M. R., Producción de
electricidad, http://thales.cica.es.
– Dossier: Biomasa una fuente de energía, Daphnia
(boletín informativo sobre la producción de la
contaminación y la producción
limpia), nº 25, julio 2001. http://www.ccoo.es/publicaciones/periodicas.html.
– http://www.energias-renovables.com/index.asp.
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