Cristina soler LlĂĄcer Tania Momparler Albert Sandra Albert Mir Mohamed Elouazzany
Ciències de la naturalesa 2C
1. INTRODUCCIÓ.
2. BIOMASSA. 2.1. Que es la biomassa. 2.2. Tipus de biomassa. 2.3. Diferents sistemes d’aprofitaments de la biomassa. 2.4. Exemples d’aprofitament de la biomassa.
3. BIOCOMBUSTIBLES. 3.1. Que son els biocombustibles. 3.2. Tipus de biocombustibles. 3.3. Avantatges. 3.4. Diferents elements per a fabricar biocombustibles. 3.5. Exemples.
4. ALTRES ENERGIES RENOVABLES I NO CONTAMINANTS. 4.1. Energia Solar. 4.2. Energia Hidroelèctrica. 4.3 Energia Eòlica. 4.4. Energia Geotèrmica. 4.5. Energia Mareomotriu. 4.6. Energia Undimotriu. 4.7. Energia Blava. 5. L’HIDROGEN I LA PILA DE COMBUSTIBLE. 5.1. L'energia del futur? 5.2. Com es produirà? 5.3 Per què Hidrogen? 5.4. Primera planta espanyola d'hidrogen "Solar". 6.Bibliografía.
1. INTRODUCCIÓ.
Des de principis de la història de la humanitat, la biomassa ha sigut una font energètica essencial per a l’home, per a la producció d’energia tèrmica abans i elèctrica després. Amb l’arribada dels combustibles fòssils, aquest recurs energètic va pedre importància en el mon industrial. En l’actualitat els principals usos que te son domèstics.
2. BIOMASSA.
2.1. Que es la biomassa. La biomassa és tota aquella substància orgànica renovable que pot ser d’origen animal o d’origen vegetal. Prové de l’energia que emmagatzemen els éssers vius. Es el resultat del procés de transformació d’aquesta matèria orgànica en energia aprofitable. Els productes de les transformacions que es consideren residus, poden ser utilitzats com a recursos energètics. El aprofitament mes bàsic de la biomassa es generar calor com energia directa o per a produir energia mecànica o elèctrica a partir d’ell.
2.2. Tipus de biomassa. Existeixen tres tipus de biomassa: - Biomassa natural: es la que es produeix a la naturalesa sense la intervenció humana. Per exemple: la caiguda natural de les rames dels arbres als boscos o la neteja d’aquestos. - Biomassa residual: es el subproducte o residu generat en les activitats agrícoles (poda, rostolls...), silvícoles i ramaderes, així com residus de la indústria agroalimentària (oliasses, sagaços, closques, vinasses...) i en la indústria de transformació de la fusta (serradores, fàbriques de paper, mobles...), així com residus de depuradores i el reciclatge d’olis. - Biomassa produïda, cultius energètics: son aquells que estan destinats a la producció de biocombustibles. A més dels cultius existents per a la indústria (cereals i remolatxa per a la producció de bioetanol i oleaginoses per a la producció de biodièsel) , existeixen altres cultius com els lignocel·lulòsics forestals i herbacis.
2.3. Diferents sistemes d’aprofitaments de la biomassa. La gran varietat de biomasses existents lligada al desenvolupament de distintes tecnologies de transformacions de aquesta energia (Combustió directa, Piròlisi, Gasificació, Fermentació, Digestió anaeròbica,...) permeten plantejar una gran quantitat de possibles aplicacions entre les quals destaquen, la producció d’energia tèrmica, electricitat, biocombustibles i gasos combustibles. - Producció d’Energia Tèrmica: es l’aprofitament convencional de la biomassa natural i residual. Els sistemes de combustió directa són aplicats per generar calor, el qual pot ser utilitzat directament, com per exemple, per a la cocció d’aliments o per a l’assecat de productes agrícoles. A més, aquest es pot aprofitar en la producció de vapor per processos industrials i electricitat. - Energia elèctrica: s’obté minoritàriament a partir de biomassa residual i principalment a partir de cultius energètics llenyosos, de creixement ràpid i herbacis. - Producció de Biocombustibles: Per la seua importància biocombustibles els tractarem per separat en un punt posterior.
els
- Producció de gasos combustibles: es una aplicació poc utilitzada actualment que consisteix en la descomposició de la biomassa es un digestor per obtenir un gas, el compost combustible és bàsicament metà, però també contenen nitrogen, vapor d’aigua i compostos orgànics. El procés és adequat per tractar biomassa d’elevat contingut en humitat i poc interessant en altres aplicacions, bé per la seva qualitat o per la poca quantitat disponible.
2.4. Exemples d’aprofitament de la biomassa. Central de biomassa: una central de biomassa s'ocupa d'obtenir energia elèctrica mitjançant els diferents processos de transformació de la matèria orgànica. -Combustió directa de biomassa en calderes de diversos tipus d´industries, granges ... S´utilitza per a calefacció o per a generar vapor. -Digestió de residus orgànics per a generar biogàs en depuradores o en instal·lacions ramaderes. -Producció de biocombustibles amb diferents processos que expliquem en el punt 3.6.
3. BIOCOMBUSTIBLES.
3.1. Que son els biocombustibles. Un biocarburant es una mescla de hidrocarburs que s’utilitza com combustible en els motors de combustió interna i que deriva de la biomassa. Els biocarburants son combustibles líquids o gasosos per a motors d’explosió produïts a partir de biomassa, entenguen-se com a tal la matèria orgànica biodegradable procedent de cultius energètics y residus agrícoles, forestals, industrials i urbans. A més dels biocarburants comentats, existeixen altres; l'aplicació futura és molt prometedora. Així, hi ha els biocarburants coneguts com BtL, és a dir Biomass-to-Líquid, que es produeixen a partir de qualsevol tipus de biomassa per gasificació i posterior liqüefacció mitjançant procés Fischer-Tropsch o isomerització, és a dir, per "reordenació" dels àtoms de les molècules per assemblar a hidrocarburs. També es pot produir biodièsel a partir d'olis vegetals per hidrogenació, és a dir, mitjançant l'addició directa d'hidrogen sota pressió i en presència d'un catalitzador
3.2. Tipus de biocombustibles - Etanol i Metanol. Es produeix a partir de la fermentació de matèria orgànica amb alts continguts en midó com els cereals i la remolatxa, o a partir del destil·lat de la fusta i destil·lat i piròlisi de vegetals i residus. - Biogàs. És un gas compost principalment per metà (en un 80 92%) format per la degradació de matèria orgànica en atmosfera lliure (o pobre) d'oxigen, procés conegut com digestió anaeròbia o metanització. Generalment, les seves característiques de combustió són assimilables a les del gas natural, podent tenir fins i tot una major puresa que aquest. - Biodièsel. Es produeix afegint bioolis en proporcions al voltant del 20% al dièsel normal. El biooli és un èster produït a partir de la reacció d’un alcohol amb olis vegetals de plantes com la soja, el gira-sol, la oliva, el cànem, etc. o amb greixos animals o greixos reciclats.
3.3. Avantatges dels biocombustibles Els avantatges dels biocombustibles respecte dels carburants fòssils són diverses. Els beneficis mediambientals associats al consum de biocarburants han estat documentats i demostrats per entitats reconegudes a nivell mundial. Entre aquests beneficis, destaquen particularment la reducció de les emissions
de gasos d'efecte hivernacle (GEH), la disminució de la contaminació atmosfèrica i la millora de l'eficiència energètica. A més, els biocarburants són els únics combustibles que han d'assegurar la seva sostenibilitat. La recentment aprovada Directiva de Promoció d'Energies Renovables introdueix els següents criteris de sostenibilitat: - Reducció dels gasos d'efecte hivernacle en més d'un 35% respecte als carburants fòssils. - No utilitzar terres protegides o amb elevat contingut en biodiversitat. - No utilitzar terres amb elevats estocs de carboni, com aiguamolls. - Les matèries primeres europees han de ser cultivades sota estrictes criteris de sostenibilitat. A part dels beneficis mediambientals, el desenvolupament d'un mercat i una indústria sòlida de biocarburants suposa una sèrie de beneficis socials i econòmics, entre els quals destaquen la reducció de la dependència energètica, l'augment de la diversificació de subministrament, la millora de la balança comercial, l'increment del rendiment dels vehicles i l'impuls a favor del sector agrícola.
3.4. Desavantatges dels biocombustibles. La producció de biocombustibles va incrementar els preus de les matèries primes agràries - especialment el dels cereals i les oleaginoses - entre un 30% i un 65% en l’últim any. Es difícil fer previsions en aquest sentit, degut a les "sinergies que estan contribuint a l’augment dels preus", però, de mantindre les previsions dels principals productors de biocombustibles, l’impacte en els preus de els productes agrícoles "pot ser brutal". De fet, no es descarta què, si tots els factors que influeixen en el cost de cereals i oleaginosas es mantenen constants, els preus podrien duplicar-se "fàcilment". Respecte al ritme de creixement dels biocombustibles, el informe senyala que la producció de etanol a nivell mundial - per a el que es va emplear prop del 4% de la producció de cereals en 2007 - s’ha multiplicat per 2,5 en els últims quatre anys, mentre que la de biodièsel - que va requerir al voltant del 10% de la producció d’olis vegetals - ho ha fet per 7,5.
Així mateix, indica que al voltant del 40-60% del creixement de la demanda de cereals i oleaginosas durant eixe mateix període va estar motivada per la generació de biocombustibles. La FAO (organització de l'ONU per a l'agricultura i l'alimentació) no para d'advertir sobre aquestos problemes, per que veu el perill de l'encariment d'aliments bàsics i els seus nefastos efectes en les zones més sensibles a aquestes alteracions del mercat, les més pobres del planeta. Per aquest any es preveu un lleuger augment del 4,8% de la producció mundial de cereals, assolint la xifra de 2.095 milions de tones, però la FAO ja està alertant que aquestes seran insuficients, ja que es ve arrossegant un dèficit de reserves, la població segueix augmentant i creix més la demanda de matèria primera per elaborar biocombustibles que substitueixen part de la gasolina i del gasoil amb l'aurèola ecològica. 3.5. Elements per a fabricar biocombustibles. - Etanol i Metanol. Els principals productors de alcohol com a combustible son Brasil, Estats Units y Canadà. Brasil el produeix a partir de la canya de sucre i l'empra com "hidro-alcohol" (95% etanol) o com a additiu de la gasolina (24% d'etanol). L'etanol derivat de la canya de sucre provinent de la regió centre-sud del Brasil és el biocombustible més econòmic, El segon mercat més gran d'etanol és Estats Units i Canadà el produeixen a partir de dacsa (amb un poc de blat i ordi) i és el biocombustible més utilitzat en diferents formulacions que van des del 5% al 85% d'etanol. - Biogàs. Es produeix a partir de purins a les granges, fems i fangs a les depuradores d'aigua, residus d'escorxadors o residus sòlids urbans orgànics prèviament separat de la resta. - Biodièsel. Es produeix a partir de diversos tipus de greix o oli, que poden ser tant d'origen vegetal, com els olis de soja, colza o gira-sol, o d'origen animal.
3.6. Exemples. Hi ha possibilitat, ja legislada, d’alimentar els motors d’explosió dels vehicles amb biocombustibles. Els motors de gasolina s’alimenten amb bioalcohols, especialment a alguns països com Brasil. El motors dièsel es poden alimentar amb biodièsel que incorpora un percentatge de biooli.
4. ALTRES ENERGIES RENOVABLES I NO CONTAMINANTS.
4.1. L’energia solar. L’energia solar és la energia obtinguda mitjançant la captació de llum i calor emeses pel sol i que té diversos tipus d’aprofitaments.
4.2. Energia Hidroelèctrica. Es denomina energia hidroelèctrica a aquella que s’obté de l’aprofitament de les energies cinètica i potencial, del corrents de l’aigua... És un tipus d’energia verda que s’obté principalment en pantans o preses.
4.3 Energia Eòlica És l’energia obtinguda pel vent, és a dir la energia cinètica generada per l’efecte de les corrents de l’aire, i que es transformada en altres formes útils per les activitats humanes. Actualment s’utilitza molt per a produir electricitat.
4.4. Energia Geotèrmica L’energia Geotèrmica és una energia renovable obtinguda de la calor produïda a l'interior de la Terra. Aquesta energia renovable es manifesta per mitjà de processos geològics com ara volcans. Per a poder obtenir aquesta energia és necessari la presència de jaciments d'aigua calenta prop d'aquestes zones. Es perfora el sòl i s'extrau el líquid, el qual sortirà en forma de vapor si la seua temperatura és suficientment alta i es podrà aprofitar per accionar una turbina que amb la seua rotació mou un generador que produeix energia elèctrica.
4.5. Energia Mareomotriu L’energia Mareomotriu és la que resulta d'aprofitar les marees, és a dir, la diferència d'altura mitjana dels mars segons la posició relativa de la Terra i la Lluna. Aquesta diferència d'altures es pot aprofitar interposant parts mòbils al moviment natural d'ascens o de descens de les aigües, juntament amb mecanismes de canalització i dipòsit, per obtenir moviment en un eix.
4.6. Energia Undimotriu L’energia Undimotriu s'origina en darrer terme per l'acumulació i concentració de l’energia solar ja que els vents que produeixen l’onada estan causats per diferències de pressió per la radiació solar. Les ones de més amplitud contenen més quantitat d’energia. Les diferències en la intensitat del vent i per tant en l'energia continguda en les onades, junt amb altres factors geogràfics o econòmics, fa que certes localitzacions (Mar del Nord a Europa, per exemple) son les més adequades per aprofitar aquest tipus d'energia. A banda d'Europa Occidental també l’Índia, Japó i Estat Units compten amb centrals d’aquesta mena. Es tracta d'una energia, objecte de molta recerca científica i tècnica i no contaminant, el principal inconvenient de la qual és que només és factible en determinats indrets i que pot ocasionar un fort impacte visual en les costes.
4.7. Energia Blava L’energia Blava aprofita la diferencia de salinitat de l’aigua marina i de l’aigua dels rius. Una planta osmòtica utilitza aigua procedent de un riu i aigua salada del mar. Separades per una membrana artificial de material plàstic, les molècules de sal de l’aigua de mar fan que l’aigua dolça passe a través de la membrana. Això incrementa la pressió de l’aigua de mar que s’utilitza per a moure una turbina generadora d’electricitat.
5. L'HIDROGEN I LA PILA DE COMBUSTIBLE.
5.1. L'energia del futur?
"Sí, amics meus, crec que algun dia s'emprarà l'aigua com a combustible, que l'hidrogen i l'oxigen dels que està formada, usats per separat o de forma conjunta, proporcionaran una font inesgotable de llum i calor, d'una intensitat de la qual el carbó no és capaç [...] L'aigua serà el carbó del futur” Julio Verne, "L'illa misteriosa" (1874)
Els científics, però, adverteixen que l'aigua no pot ser el carbó del futur. Per alguna cosa que hauria de ser obvi i, tanmateix, sembla que no ho és tant: que l'aigua no és un combustible que pugui cremar directament en un motor o alimentar una pila de combustible, sinó només la matèria primera de la qual, amb un aportació d'energia, pot extreure l'hidrogen, i que, per tant, l'hidrogen, que sí que és un combustible, no és una font primària d'energia. Per això l'hidrogen mai podrà substituir ni al petroli que mou els nostres cotxes, ni al carbó que cremem per produir electricitat, ni al gas natural que ens escalfa, ni a res. Per no esmentar que, ara per ara, l'hidrogen es produeix fonamentalment a partir dels mateixos recursos naturals i fonts d'energia dels que se suposa substitut. Tot i així, la parella formada per l'hidrogen i la pila de combustible es perfila com a part important de la solució als problemes energètics del món a mitjà-llargs termini.
5.2. Com es produirà? Amb aigua i electricitat d'origen renovable, coincideixen els experts. Però també s'investiguen altres alternatives. Una possibilitat és la fotoelectròlisis, que bàsicament consisteix a submergir en l'aigua una cèl·lula fotovoltaica fabricada amb un material semiconductor que fa de electrolitzador. Combinant en un els dos passos de l'electròlisi tradicional, s'eliminen costos i s'aconsegueixen eficiències una mica més grans. Hi ha, però, dues tecnologies de producció d'hidrogen a partir de fonts renovables que no inclouen electricitat, el cost i, per tant, viabilitat podrien ser interessants a mitjà termini. La primera inclou la gasificació de biomassa, una
mica més cara que el reformat de gas, però rendible on la biomassa sigui abundant i barata, i diferents tractaments dels anàlegs "bio" dels hidrocarburs i alcohols: biodièsel, biogàs i bioetanol.
5.3 Per què Hidrogen? Per començar, perquè és un bon combustible, capaç de proporcionar més energia per unitat de massa que qualsevol altre combustible conegut: 33,3 kWh. per Kg, enfront dels 13,9 kWh. del gas natural o els 12,4 kWh. del petroli, per exemple. Es tracta també un combustible net a nivell local, que, quan es crema, l'únic que produeix, a més d'energia, és bàsicament vapor d'aigua, llibres, entre altres, de les emissions de CO2, el principal gas d'efecte hivernacle. I gràcies a la pila de combustible l'hidrogen és, a més, un intermediari energètic eficient i tan versàtil com l'electricitat què, convé recordar, tampoc és una font d'energia, sinó un "vector energètic", que és com anomenen els experts a aquestes formes intermèdies de l'energia, que permeten transportar-la i convertir-la després en altres formes d'energia.
Com tot bon vector energètic, l'hidrogen, com l'electricitat, es pot obtenir a partir d'un ampli ventall de recursos naturals utilitzant pràcticament qualsevol font d'energia, de manera que no caldria importar (sempre que en la seva fabricació s'utilitzaran recursos i fonts primàries d'energia autòctones i renovables). Però, per sobre de tot, l'hidrogen pot emmagatzemar. I aquesta capacitat de servir de magatzem d'energia, que no té l'electricitat, és la que dóna sentit al "malbaratament" energètic i econòmic que, segons alguns, suposa la transformació d'energia elèctrica en un hidrogen amb la finalitat convertir altra vegada en (menys) energia elèctrica, i la que converteix l'hidrogen en el complement ideal de les energies renovables, especialment l'eòlica i la solar, que només funcionen quan bufa el vent i fa sol: en les hores de baixa demanda el vent i el sol es utilitzarien no per carregar d'energia unes aparatoses, contaminants i sempre insuficients bateries, sinó per produir hidrogen, que podríem utilitzar després en una pila de combustible per produir electricitat a casa o viatjar en un cotxe "mogut pel vent" sense necessitat de instal·lar un aerogenerador al sostre del vehicle. Amb el suport de l'hidrogen, les renovables s'obriran pas en el sector de l'automoció i es convertiran en les (veritables) substitutes del petroli. Aquesta és la idea.
5.4. Primera planta espanyola d'hidrogen "Solar". Dissenyada, construïda, posada en marxa i avaluada per l’Institututo Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) entre 1991 i 1993, la planta pilot de producció d'hidrogen de "El Arenosillo" (Huelva), utilitza un electrolitzador alimentat per l'electricitat que produeixen 144 plaques fotovoltaiques de 36 cèl·lules cadascuna. A finals de 1993 es va instal·lar una pila de combustible d'àcid fosfòric de 10kW, al sistema es va afegir un reformador de metanol, per tal d'avaluar el seu comportament amb aquest combustible. La planta de "El Arenosillo" porta funcionant sense interrupció des de llavors com a banc de proves de diferents tecnologies relacionades amb l'hidrogen i la pila de combustible.
6.Biobliografía.
-ENDESA Biomasa -Biomasa – ConsumerEroski -Biomasa Miliarium -Wiquipedia. -www.europapress.com -Asociación Española del Hidrogeno.