Page 1

UNITAT 1 :

1


ÍNDEX 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Fonts d’energia Materials combustibles L’energia nuclear Importància econòmica dels rec. energètics La contaminació ambiental Preguntes freqüents

2


1.1 FONTS D’ENERGIA Les fonts d’energia el llarg del temps  Fonts d’energia tradicionals: - El foc - L’aigua - El vent  Classificació de les fonts d’energia - En funció de la seva naturalesa - En funció de les reserves disponibles - En funció del grau d’utilització 

3


1.1FONTS D’ENERGIA Anomenem fonts d’energia els elements existents a la natura susceptibles de ser transformats en energia, com l’aigua, el carbó, el petroli,...  Les fonts d’energia són els recursos naturals dels quals es pot obtenir energia per produir calor, llum i potència. 

4


LES FONTS D’ENERGIA EL LLARG DEL TEMPS (I) Al llarg de la història l’ésser humà ha anat descobrint diferents recursos (per ordre cronològic les diferents fonts d’energia)  Els pobles primitius : energia muscular i energia solar: força dels animals i foc (combustió de vegetals). 



Posteriorment : energia del vent i de l’aigua.



Revolució Industrial (s XIX): ◦

màquina de vapor en el transport i mecanització progressiva del treball manual: augmenta la demanda d’energia.

substitució carbó vegetal per carbó mineral. 5


LES FONTS D’ENERGIA EL LLARG DEL TEMPS (II)  









Els avenços tècnics i la invenció del motor d’explosió: petroli i benzina. La Primera Guerra Mundial (19141918): gran desenvolupament dels derivats del petroli. La Segona Guerra Mundial (19391945): impuls del consum del gas natural a nivell domèstic i industrial. La dècada dels 70: 50% del consum energètic mundial deriva del petroli. Any 1973 crisi de l’energia. En aquesta època es planteja com alternativa l’energia nuclear : 1954 primera central nuclear de fissió (URSS). Actualment nous reptes: política d’estalvi energètic i ús de recursos renovables. 6


FONTS D’ENERGIA TRADICIONAL 

El Sol, l’escalfor del foc, la força del vent i l’impuls de l’aigua són les primeres fonts d’energia que l’ésser humà adaptà a les seves necessitats.



La llenya i el carbó, el molí de vent o la roda hidràulica són alguns dels més importants descobriments o invents per produir energia.

7


FOC

L’escalfor del foc El descobriment i el domini del foc va suposar una revolució i va permetre una gran quantitat d’aplicacions.  Els homes primitius empraven el foc per escalfar-se, cuinar, il·luminar-se en la foscor, obtenir estris i fondre metalls. 

8


AIGUA

L’impuls de l’aigua La utilització dels corrents d’aigua ha estat fonamental per al progrés de la civilització.  L’aprofitament més elemental és la sínia, emprada a l’agricultura per regar.  Aviat es començaren a aprofitar els corrents i els salts d’aigua per aconseguir energia mecànica, això s’aconseguí amb el desenvolupament de la roda hidràulica. 

9


VENT

La força del vent La força del vent fou utilitzada primerament com a transport marítim, és a dir; els vaixells eren impulsats pel vent.  Una altra aplicació va ser en la creació de molins de vent els cuals utilitzaven per moldre el gra.  Actualment s’utilitza l’energia del vent per a l’obtenció d’energia elèctrica mitjançant una espècie de molins de vent anomenats aerogeneradors. 

10


CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA

En funció de la seva naturalesa: 

Primàries. Es troben en la natura, com la llenya, l’aigua, el petroli,etc.



Secundàries. S’obtenen a partir de les fonts d’energia, com l’electricitat o la benzina.

11


CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA

En funció de les reserves disponibles: 



Renovables. N’hi ha reserves il—limitades, perquè es regeneren contínuament. ◦ Energia solar

Energia eòlica

◦ Energia hidràulica

Energia geotèrmica

◦ Biomassa

RSU

◦ Energia mareomotriu

Energia de les ones

No renovables o exhauribles. N’hi ha reserves limitades. Com ara: petroli, el carbó, gas natural i urani. 12


CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA

En funció del grau d’utilització 

Convencionals. Aquelles a partir de les quals es produeix la major part d’energia consumida per la societat, co ara: petroli, gas natural, carbó,nuclear,etc.



No convencionals. Aquelles a partir de les quals es produeix una petita part de l’energia consumida per la societat: solar, eòlica, etc. 13


1.2 Materials Combustibles 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Definició Tipus de combustibles Poder calorífic i Capacitat calorífica La llenya i el carbó vegetal El carbó mineral El petroli El gas natural Combustibles gasosos 14


1.2.1 - DEFINICIÓ

Els materials combustibles són substàncies que, en combinar-se amb l’oxigen, donen lloc al fenomen de la combustió, amb la qual cosa s’obté energia calorífica i, sovint, energia lluminosa. Gas Natural

Material combustible + O2 ECALORÍFICA + ELUMÍNICA

Petroli Carbó vegetal

15


1.2.2 – TIPUS DE COMBUSTIBLES Els combustibles fòssils són els combustibles naturals més abundants a la natura. Els podem classificar en: Sòlids: El

carbó vegetal, el carbó mineral, la pólvora, el T.N.T (Trinitrotoluè), NH4ClO4 (perclorat d’amoni, utilitzat en els transbordadors espacials), etc. -Líquids: La

benzina, el querosè, el gasoil, el fuel, l’etanol i el metanol, etc. -Gasosos:

El gas natural i el butà (provenen del petroli), etc.

Esquema de fraccionament o destil·lació

16


1.2.3 – PODER CALORÍFIC I CAPACITAT CALORÍFICA. (I) El poder calorífic es la quantitat de calor produïda per la combustió total d’un metre cúbic o d’un kg.

Els combustibles gasosos es distribueixen a pressions i temperatures diferents de les condicions normals (0 ºC i 1 atm). Per saber el seu poder calorífic en les noves ondicions cal resoldre:

17


1.2.3 – PODER CALORÍFIC I CAPACITAT CALORÍFICA.

18


1.2.3 – PODER CALORÍFIC I CAPACITAT CALORÍFICA. La capacitat calorifica, (C) es la cantitat de calor que ha de rebre una substància per elevar la seva temperatura en 1 K o 1ºC

on ce és la calor específica del cos, que és la capacitat calorífica per unitat de massa i es mesura en MJ/kg—ºC

19


1.2.3 – PODER CALORÍFIC I CAPACITAT CALORÍFICA.(III)

20


1.2.4 – LA LLENYA I EL CARBÓ VEGETAL La meitat de la població humana encara depèn de la llenya. Es sol utilitzar en forma de carbó vegetal (pesa 5 o 6 vegades menys). El carbó vegetal s’obté de la piròlisi, que és una combustió parcial de la llenya amb poca presència d’oxigen.

21


1.2.5-- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5

22


1.2.5-- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5 Va ser el primer combustible fòssil que va utilitzar la humanitat. Format per C (70%), H (6%), S (2%), N (1%) i altres components com ara sílex, òxids de ferro, sofre, etc. Origen i propietats. Es va formar durant el període carbonífer (fa uns 300 milions d’anys) seguint el següent procés: –Part dels boscos que cobrien la terra van quedar submergits i després colgats sota enormes quantitats de sorra i roques. –La descomposició lenta de la matèria orgànica, sense la presència d’oxigen, juntament amb la pressió i la temperatura a que ha estat sotmesa durant milions d’anys, ha transformat la fusta d’aquells boscos en el carbó actual.

23


1.2.5-- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5

24


1.2.5-- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5 La composició i el contingut de carboni és diferent en funció de les condicions de pressió i del temps de formació. Podem distingir 4 grups de carbons:

25


1.2.5-- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5

26


1.2.5-- EL CARBĂ“ MINERAL 1.2.5

Torba

Hulla

Lignit

Antracita 27


1.2.5- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5PROCESSOS D’OBTENCIÓ El primer que cal fer, independentment del tipus de procés d’obtenció, és fer un estudi per determinar la qualitat i la quantitat de carbó: ÉS RENDIBLE? Destacarem tres processos d’obtenció diferents, depenent del tipus de carbó que calgui extreure, la seva profunditat, l’accessibilitat a la veta,.... •Explotacions a cel obert •Explotacions subterrànies •Gasificació del carbó

28


1.2.5-- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5 PROCESSOS D’OBTENCIÓ EXPLOTACIO A CEL OBERT •Extraccio de lignits. •Primer es retira el material que cobreix el jaciment, de forma que la veta de carbo queda al descobert. •Amb maquinaria especial i, si cal, explosius es trenca el carbo i se’n obtenen grans quantitats. •Necessiten pocs operaris i una gran inversio en maquinaria. •Un cop acabada l’extraccio la legislacio vigent obliga a cobrir el terreny i replantar la vegetacio destruida, per tal de reduir l’impacte ambiental

29


1.2.5- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5PROCESSOS D’OBTENCIÓ

30


1.2.5- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5PROCESSOS D’OBTENCIÓ

31


1.2.5- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5PROCESSOS D’OBTENCIÓ EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA •Extracció d’hulles i antracites. •S’excaven pous verticals fins arribar a la veta de carbó i seguidament s’obren galeries en la seva direcció. •Actualment s’utilitzen màquines especials (barrinadores) que eliminen la necessitat de picar. •Un cop desprès el material es recull mecànicament en vagonetes o cintes transportadores que el porten a la superfície. •A peu de mina el carbó es tritura, es renta i es classifica (eliminació d’escòries), i posteriorment es transportat en camions o trens . •Principals perills: ESFONDRAMENTS, GRISÚ i la SILICOSI.

32


1.2.5-- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5 PROCESSOS D’OBTENCIÓ

33


1.2.5- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5PROCESSOS D’OBTENCIÓ

34


1.2.5- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5PROCESSOS D’OBTENCIÓ

35


1.2.5-- EL CARBÓ MINERAL 1.2.5 PROCESSOS D’OBTENCIÓ GASIFICACIÓ DEL CARBÓ •Extracció d’hulles i antracites que per la seva configuració i/o localització són tècnicament i/o econòmicament no explotables pels mètodes tradicionals. •Consisteix en la introducció d’un agent gasificant (aigua a 1500 ºC) a la veta del mineral, de la qual cosa s’obté gas de carbó (gas d’aigua (CO + H2) que és combustible. Carbó + H2O (1500 ºC)

CO + H2

36


APLICACIONS Combustible d’ús general, usat sense cap transformació. Pel procés de destil·lació seca (separació per alta Tª sense O2 ): –Coc (indústria siderúrgica) –Gas ciutat (domèstic) –Productes químics (olis, quitrà, plàstics, fertilitzants, explosiu, medicaments perfums,...) Pel procés de gasificació: –Gas natural sintètic –Hidrocarburs (combustibles líquids i gasosos similars als derivats del petroli)

37


APLICACIONS

Obtenció de productes de plàstic a partir de carbó i altres matèries primeres 38


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6

39


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 La seva importància rau en la gran quantitat de productes derivats que proporciona i en el poder energètic de molts d’ells (benzina, gasoil, fuel, querosè, olis, detergents, goma, plàstics, dissolvents,...) Característiques del petroli brut: –Format per barreja d’hidrocarburs (C i H), S, O i N. –Color variable (des de terrós fins a negre). –Menys dens que l’aigua (ρ = 0,80-0,95 kg/dm3). –Insoluble en aigua. –Aspecte oliós (viscositat variable). –Olor desagradable. –No té aplicació directa, se n’han de separar els components per destil·lació a les refineries.

40


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 ORIGEN DEL PETROLI •Inicia la seva formació fa uns 600 milions d’anys, per l’acumulació de microorganismes que constituïen el plàncton marí. •Aquests eren arrossegats pels corrents marins, arribaven a la costa i morien, quedant dipositats a la sorra i essent recoberts per successives capes de sorra, argila i fang. •La matèria orgànica, atrapada sense oxigen, comença la seva descomposició per bacteris, que, juntament amb les elevades P i T i el pas dels anys origina els diferents hidrocarburs que constitueixen el petroli (també el gas natural). •L’estat líquid permet el desplaçament a través de roques poroses fins arribar a roques impermeables: Trampes petrolíferes.

41


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 ORIGEN DEL PETROLI

Formaci贸 del petroli

Bossa de petroli i gas

42


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ Aquest procés s’inicia amb una prospecció del terreny (en regions amb roques sedimentàries). Aquestes prospeccions poden ser: –Mètodes magnetotèrmics: estudiem les distorsions del camp magnètic terrestre ocasionat pel magnetisme de les roques. –Mètodes gravimètrics: mesuren fluctuacions del camp gravitatori terrestre que permeten detectar concentracions salines (associades a possible existència de petroli). –Mètodes sísmics: mitjançant explosius creem ones sísmiques i estudiem la seva propagació pels diferents materials. Quan la bossa de petroli es troba sota el mar caldrà fer prospeccions marines.

43


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

44


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ Un cop feta la prospecció cal construir una torre de perforació i obrir un pou de prova.

45


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

46


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ Les torres són estructures metàl·liques resistents per suportar el pes d’una sonda (tubs que es van empalmant) que s’anirà enfonsant fins a travessa la roca. Al cap de la sonda es col·loca una barrina amb dents d’un material molt dur.

47


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

48


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ Aquest barrina necessita refrigerar-se contínuament. Això es fa injectant llot, per dins de la sonda i extraient-ho per fora.

49


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ Pel que fa a l’extracció aquesta es pot ser natural o artificial. Extracció natural: el petroli es troba pressionat i puja espontàniament pel tub de sondeig. Extracció artificial: s’injecta aigua o altres elements a través dels tubs de la sonda, que obliga el petroli a pujar a la superfície, o per mitjà de bombes aspirants. Normalment cal combinar els dos tipus d’extraccions. Malgrat tot ,després de les extraccions, aproximadament el 50% del petroli del jaciment no es pot obtenir (en condicions econòmicament favorables) i resta sense aprofitar.

50


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 TRANSFORMACIÓ EN PRODUCTES APTES PER AL CONSUM Un cop extret el petroli es transporta mitjançant vaixells o oleoductes a les refineries. En aquestes es porten a terme un seguit de processos destinats a separar els diferents components o fraccions del petroli. Els més característics són: Destil·lació fraccionada. Cracking. Polimerització. Reforming .

51


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 TRANSFORMACIÓ EN PRODUCTES APTES PER AL CONSUM DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA Consisteix en escalfar el cru fins a l’evaporació i refredar-lo progressivament i obtenir les fraccions condensades separades en funció del seu punt d’ebullició. S’efectua amb 2 torres de destil·lació o columnes de fraccionament. La primera treballa pressió atmosfèrica i la segona al buit. El procés comença escalfant el petroli en un forn a uns 360 ºC i introduint-lo a la base de la primera torre. Els elements més lleugers (butà, propà, benzines,...) arriben a la part més alta de la torre. Les altres fraccions són extretes en diferents nivells. La fracció que resta líquida a 350 ºC (residu atmosfèric) es torna a escalfar (ara a 400 ºC) i s’introdueix a la torre de buit per tornar-se a destil·lar, obtenint també diverses fraccions. 52


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 TRANSFORMACIÓ EN PRODUCTES APTES PER AL CONSUM DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA

53


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 TRANSFORMACIÓ EN PRODUCTES APTES PER AL CONSUM DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA

54


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 TRANSFORMACIÓ EN PRODUCTES APTES PER AL CONSUM CRACKING Consisteix en la descomposició del hidrocarburs més pesants 8olis i fuels), per tal d’obtenir-ne de més lleugers (benzines). Es pot fer a temperatures i pressions elevades (cracking tèrmic) o amb la presència de catalitzadors (cracking catalític). POLIMERITZACIÓ És el procés invers al cracking. Es tracta de transformar els hidrocarburs més lleugers (butà i propà) en compostos més pesants (benzines i gasoils). 55


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 TRANSFORMACIÓ EN PRODUCTES APTES PER AL CONSUM REFORMING S’utilitza per millorar les característiques de les benzines. Es fa a altes temperatures i en presència d’un catalitzador (com el platí).

56


1.2.6-- EL PETROLI 1.2.6 APLICACIONS DELS PRODUCTES OBTINGUTS Directament: –Gas butà i propà (combustible industrial i domèstic) –Èter de petroli (dissolvent) –Benzina, querosè, gasoil, fuel (combustible de motors, centrals) –Olis lubricants (lubricants) –Ceres de parafines (espelmes, llumins,...) –Asfalt (revestiments, paviments,...) Tractat a la industria petroquímica: –Plàstics –Fibres sintètiques (niló, poliester) –Detergents, dissolvents, pintures, insecticides, explosius,... –Cautxú sintètics sintètiques (niló, poliester) 57


1.2.7-- EL GAS NATURAL 1.2.7 Bàsicament format per metà (CH4), com a mínim un 70%, barrejat amb altres gasos (età, propà, butà,...) en proporcions variables Es troba formant bosses, sol o associat a petroli, cobertes per capes impermeables que n'impedeixen la propagació. FORMACIÓ I EXTRACCIÓ El procés de formació és semblant al del petroli, per tant la localització i extracció són paral·leles a les del petroli. Dels jaciments extraiem aproximadament el 85% de la seva capacitat total. Un cop extret el gas cal netejar-lo d’impureses (pols, aigua, sorra i altres gasos no desitjats).

58


1.2.7-- EL GAS NATURAL 1.2.7 TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ Fins fa relativament poc no s’utilitzava com a font d’energia primària degut als problemes que presenta el seu transport i emmagatzematge. Actualment el transport als centres de consum es realitza amb: Gasoductes: es transporta el gas en estat gasós a una pressió entre 36 i 70 atmosferes. És el mètode més econòmic. Vaixells metaners: es transporta el gas en estat líquid (GNL) a -163 ºC (així aconseguim reduir el seu volum 600 vegades). La distribució des de la planta als llocs de consum exigeix una xarxa de canonades de diferents pressions, en funció de la proximitat als llocs de consum.

59


1.2.7-- EL GAS NATURAL 1.2.7 TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

60


1.2.7-- EL GAS NATURAL 1.2.7 TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

61


1.2.7-- EL GAS NATURAL 1.2.7 TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

62


1.2.7-- EL GAS NATURAL 1.2.7 TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

63


1.2.7-- EL GAS NATURAL 1.2.7 APLICACIONS La indústria, el comerç i l’habitatge, mitjançant el desplegament de la xarxa de distribució. Les centrals tèrmiques mixtes, que alternen el gas natural amb la crema d’altres combustibles (fuel i carbó).

Les instal·lacions de cogeneració, que produeixen simultàniament energia elèctrica i tèrmica útil (maximitzant els rendiments). La indústria petroquímica, com a matèria primera.

64


1.2.7-- ALTRES COMBUSTIBLES GASOSOS 1.2.7 Un gas combustible és aquell que és capaç de reaccionar amb l’oxigen de l’aire de forma ràpida i amb alliberament de calor Aquests gasos combustibles es podem classificar en tres famílies atenent al seu poder calorífic (PC): Primera família: el seu PC en CN varia entre 17 i 23 MJ/m3. Pertanyen a aquesta família el gas ciutat o manufacturat (obtingut a partir de carbó, petroli o gas natural). Segona família: el seu PC en CN varia entre 42 i 55 MJ/m3. Pertanyen a aquesta família el gas natural i l’aire propanat. Tercera família: el seu PC en CN varia entre 94 i 120 MJ/m3. Pertanyen a aquesta família el gas butà i el propà (GLP).

65


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR ÀTOM És la quantitat més petita d’un element químic que conserva les seves propietats. •Està format per: •Nucli: protons (p+) i neutrons (n) •Escorça : electrons (e-)

Els e- giren al voltant del nucli descrivint trajectòries circulars o el·líptiques : òrbites o capes 66


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR ÀTOM

Dels àtoms del mateix element que difereixen en el nombre de neutrons i, per tant, també en el nombre màssic es diu que són isòtops de l’element.

67


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR RADIOACTIVITAT. VIDA MITJANA D’UN ELEMENT RADIOACTIU La radioactivitat natural és el fenomen de la transformació o transmutació nuclear espontània (sense cap ajuda exterior). És pròpia del elements radioactius. S’emet radiació a alta velocitat que pot ser:  Radiació electromagnètica: raigs γ (sempre amb α o β)  Radiació de partícules: α o β Conegudes com radiacions ionitzants perquè tenen energia suficient per penetrar la matèria i ionitzar-ne els àtoms i/o les molècules.

68


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR RADIOACTIVITAT. VIDA MITJANA D’UN ELEMENT RADIOACTIU

69


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR RADIOACTIVITAT. VIDA MITJANA D’UN ELEMENT RADIOACTIU Es isòtops radioactius artificials s’obtenen mitjançant el bombardeig de nuclis amb partícules projectil α, β i γ, i sobretot neutrons. Tot element radioactiu es caracteritza pel temps de semidesintegració, anomenat vida mitjana, que és el temps en què una determinada quantitat d’element radioactiu es redueix a la meitat, pel fet d’haver-se desintegrat l’altra meitat.

70


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR L’ENERGIA DEL NUCLI ATÒMIC L’energia nuclear és l’energia continguda en el nucli dels àtoms. Quan n + p+ formen un nucli atòmic resulta una massa inferior a la suma de les seves masses abans d’unir-se. Aquesta pèrdua de massa correspon a una transformació d’energia anomenada energia d’enllaç (que s’encarrega de mantenir unides les partícules atòmiques). En totes les reaccions nuclears, s’allibera una certa quantitat d’energia (diferència entre les energies d’enllaç anteriors i posteriors). Aquesta energia la podem calcular: on m = massa convertida en energia [kg] c = velocitat llum (3·108) [m/s] No tota la matèria es pot transformar en energia perquè la majoria d’elements són estables i els radioactius naturals l’emeten molt lentament. Per tant, cal aconseguir isòtops radioactius artificials. 71


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS Qualsevol procés que implica el nucli d’un àtom s’anomena reacció o transmutació nuclear. Existeixen dos tipus de reaccions nuclears:  Reaccions de fusió nuclear  Reaccions de fissió nuclear REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR Són aquelles reaccions en que s’uneixen nuclis d’elements lleugers per formar nuclis més pesants. Aquestes reaccions desprenen molta energia: són les que es produeixen de forma espontània al Sol.

72


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR Ex: deuteri + deuteri:

Ex: deuteri + triti:

73


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR La gran dificultat d’aquest tipus de reaccions és que cal una gran quantitat d’energia per iniciar la reacció (per acostar dos nuclis positius). Podem aconseguir reaccions de fusió escalfant les partícules a temperatures de l’ordre de 100·106 ºC: estat de plasma. El problema es com aïllar el plasma a tan alta temperatura en potents camps magnètics.

confinar-lo

En pic dominem aquesta tècnica obtindrem energia de forma barata, il·limitada, segura i mediambientalment acceptable. Aquest tipus de reaccions s’han provat en el camp militar en la BOMBA D’HIDROGEN (800 cops més potent que la bomba atòmica). 74


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR

75


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR Són aquelles reaccions que consisteixen a provocar la ruptura del nucli d’un àtom amb l’impacte d’un neutró. L' interès més gran del procés de fissió està en el fet que per cada nucli escindit s’emeten dos o tres neutrons que poden escindir altres nuclis d’urani, i així successivament: •Un cop iniciada la reacció, es pot mantenir per si mateixa sempre que es disposi d’una quantitat d’àtoms d’urani suficients: massa crítica.

76


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR Ex: fissió U-235:

En comptes de Ba i Kr, poden aparèixer elements com Xe, Rn, Cs, I,... D’un kg d’urani fissionat obtenim la mateixa energia que de 2500 tones de carbó (i només desapareixen 0,68 g d’urani).

77


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR Aquest tipus de reaccions es poden dur a terme de forma lenta i controlada (en els reactors nuclears de les centrals) o de forma instantània i incontrolada en les bombes atòmiques.

78


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS Els combustibles nuclears són els elements que en condicions adequades poden produir reaccions nuclears de fusió i fissió, energèticament aprofitables. Combustibles nuclears Reaccions fusió Deuteri Triti

Reaccions fissió U-235 (natural) Pu-239 (artificial) U-233 (artificial)

Pel que fa a l’urani natural, està format per un 99,27% d’U-238, un 0,72% d’U-235 i la resta d’U-234. La majoria de reactors comercials necessiten per al seu funcionament l’urani enriquit, en el qual la proporció d’U-235 ha augmentat fins al 3 o 4%. 79


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS

80


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS RESIDUS RADIOACTIUS Els residus gasosos (aire de ventilació de recintes potencialment contaminants) se sotmeten a un procés de filtratge i retenció fins que l’activitat ha disminuït en grau suficient que permeti l’evacuació a l’atmosfera. Els residus líquids (procedents de centrals nuclears) són filtrats, obtenint-ne fangs i una part líquida. Els fangs rebran el mateix tractament que els residus sòlids. La part líquida es depurada i es reincorpora al procés.

81


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS RESIDUS RADIOACTIUS Els residus sòlids de baixa i mitjana activitat (produïts en centrals nuclears, hospitals: filtres, guants, robes, eines contaminades i els fangs de la filtració dels residus líquids) són barrejats amb una massa de formigó i tancats hermèticament en bidons d’acer de doble paret, que es desen en la mateixa central i després en emplaçaments adequats fora de la central.

82


1.3 1.3--L’ENERGIA NUCLEAR PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS RESIDUS RADIOACTIUS Els residus sòlids d’alta activitat (productes de fissió: barres de combustible) es dipositen durant uns mesos en una piscina de formigó, a la mateixa central, per amortir-ne l’activitat. Després s’introdueixen en recipients especials, amb parets d’acer i blindats amb gruixudes capes de plom, i són enviats cap a plantes de reelaboració per tal de depurar el combustible no fissionat. La resta es sotmet a calcinació, convertintlos en una pols fina que es barreja amb vidre fos i es col·loca en recipients d’acer inoxidable, que són emmagatzemats en mines profundes situades en zones geològicament estables. 83


1.4 1.4-- IMPORTÀNCIA DEL RECURSOS RESERVES I JACIMENTS Les reserves provades són els recursos existents potencialment utilitzables amb les condicions tècniques i econòmiques actuals.

84


1.5 1.5--LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL EFECTE INVERNACLE. NIVELLS DE CO2

85


1.5 1.5--LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL EFECTE INVERNACLE. NIVELLS DE CO2 Consisteix en l’elevació de temperatura que experimenta l’atmosfera a causa de la presència de gasos hivernacle que deixen passar la radiació visible de l’espectre solar i absorbeixen la infraroja (calor) emesa per la terra. Els principals gasos hivernacle són: CO2: Responsable de més del 50% del reescalfament CFC: Responsable del 25% del reescalfament Altres gasos hivernacle: H2O (vap), NO2, CH4, O3,... La presència d’aquests gasos és indispensable per a la vida a la terra, s’encarreguen de regular la temperatura del planeta. Sense ells la Tª seria uns 30 ºC més freda.

86


1.5 1.5--LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL EFECTE INVERNACLE. NIVELLS DE CO2

87


1.5 1.5--LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL EFECTE INVERNACLE. NIVELLS DE CO2 Unes quatre cinquenes parts dels nivells de CO2 provenen de la crema de combustibles fòssils i la resta es causada per la destrucció de la vegetació (sobretot tala d’arbres tropicals). Si no hi posem remei/control és calcula que la mitjana de temperatura per l’any 2020 pujarà en 1,3 ºC i per l’any 2070 en 3 ºC. Això pot provocar: Elevació del nivell dels mars (per la fusió de part dels casquets polars). Canvis climàtics a nivell global, que afectarien les produccions agrícoles, els ecosistemes, desaparició d’espècies de plantes i animals per no poder adaptar-se a un canvi climàtic tan sobtat,...

88


1.5 1.5--LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL LA PLUJA ÀCIDA Els òxids de sofre (SOX) i de nitrogen (NOX) són contaminants perillosos que s’introdueixen a l’atmosfera quan es cremen combustibles fòssils; allà entren en contacte amb vapor d’aigua, llum i oxigen i es transformen en àcid sulfúric i àcid nítric. Quan aquests àcids són arrossegats per la pluja o els flocs de neu o cauen en forma de partícules seques, es produeix la pluja àcida, que provoca un augment de l’acidesa dels llacs, dels rius i torrents d’aigua dolça i en alguns casos, fins i tot, dels sòls. Si és una deposició seca, es contaminen les rodalies del focus emissor; si és una deposició humida contamina a centenars de quilòmetres.

89


1.5 1.5--LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL LA PLUJA ÀCIDA

90


1.5 1.5--LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL LA CONTAMINACIÓ ATMOSFÉRICA URBANA. LES BOIRES FOTOQUÍMIQUES Es tracta de contaminació atmosfèrica característica d’algunes grans ciutats, la qual afecta a persones, edificis, monuments,... Es produeix per la existència d’una inversió tèrmica juntament amb la falta de vent. Això crea sobre les ciutats una cúpula d’aire calent que, carregada de partícules del fum dels cotxes, centrals tèrmiques, indústries,... queda retinguda i no s’aixeca formant una boira carregada de partícules contaminants. En aquestes boires podem trobar, entre d’altres, SO2, NO2, hidrocarburs reactius, CO, metalls pesants,... Poden provocar conjuntivitis, sinusitis, asma, mal de coll,....

91


1.5 1.5--LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL LA CONTAMINACIÓ RADIOACTIVA Les centrals nuclears no generen gasos contaminants i, per tant, no contribueixen a la pluja àcida ni a l’efecte hivernacle, però tant el combustible com els residus que generen són radioactius i emeten radiacions perilloses per a les persones, els animals i les plantes. Per tant els dos grans problemes de les centrals nuclears són: Les emissions radioactives La gestió dels residus radioactius

92


TI-T1(1) Recrsos energetics  

Tema 1 Tecnologia Industrial 1r BTX. (o.k.)

Advertisement
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you