Núm. Tema
2.2.- Energía Primaria y Energía Final
3.- Perspectiva Global de la Energía
4.- Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
5.- Energías No Renovables (ENR). Combustibles fósiles
Curso 2021-2022
Seminario sobre el Cambio Climático
Jornada 4. La Energía y el Cambio Climático
www.universidadpopularc3c.es
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Núm. Tema
6.2.- ER Energía solar. Centrales termoeléctricas y Solar fotovoltaica
6.5.- ER Bioenergía y Residuos
7.- Energía para el transporte
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Curso 2021-2022
Seminario sobre el Cambio Climático
Jornada 4. La Energía y el Cambio Climático
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Introducción
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19-2-2022
Está claro que la solución tiene que conciliar objetivos contrapuestos
Conflicto fundamental
Introducción
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Conclusiones de las jornadas anteriores de este seminario sobre el Cambio Climático:
Se está produciendo un calentamiento global, originado por el aumento en la atmósfera de los gases de efecto invernadero (GEI), liberados a la atmósfera por las actividades humanas.
Toda actividad humana se realiza con consumo de energía
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En este módulo vamos a presentar numerosos datos; muchos de ellos se han tomado de estas webs:
https://elperiodicodelaenergia.com
https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf
Dada la complejidad y extensión del tema de la Energía, lo vamos a dividir en dos jornadas
Introducción
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En este módulo del Seminario “Cambio Climático” vamos a estudiar objetivos y acciones que hay que realizar sobre una de las causas fundamentales del Cambio Climático: Producción y Consumo de Energía.
Vamos a estudiar los planes para reducir el consumo de energía, mejorar la eficiencia en los procesos de producción y consumo, y pasar de forma decidida a las energías renovables.
Nociones básicas
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Para aprovechar al máximo esta etapa del Seminario, sería deseable gozar de un nivel suficiente de ciertos conocimientos fundamentales antes de iniciar la sesión; pero desgraciadamente esto no es realista, y por ello vamos a suplir las carencias que hubiera con unos conocimientos simplificados, pero suficientes.
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El tema que vamos a estudiar es muy amplio y complejo, por lo cual le vamos a dedicar dos jornadas.
Os pedimos un poco de paciencia, y os recordamos que estamos a vuestra disposición para responder cualquier cuestión que no veáis clara.
seminarios@universidadpopularc3c.es
Nociones básicas
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1 litro de combustible contiene una determinada cantidad de energía en forma química.
1º Principio de Termodinámica:
La energía no se crea ni se destruye,
solo se transforma
La cantidad de energía química del combustible, y la cantidad de energía mecánica necesaria para que el coche realice un cierto recorrido*) deberían ser idénticas.
En el motor de un coche esa energía química se transforma en calor y en energía mecánica.
La energía mecánica propulsa el coche para realizar un recorrido (“trabajo mecánico”)
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En la realidad ambas cantidades de energía no son idénticas
¿Qué ocurre con esa “energía perdida”?
Esquema del ciclo termodinámico que transforma la energía química en trabajo mecánico
*) Más las pérdidas por roces con la carretera, desplazamiento del aire, etc.
T1 y T2 en unidades relativas al “cero termodinámico” = “cero absoluto”= -273 C= 0 Kelvin
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2º Principio de Termodinámica:
En todo proceso que consista en paso de calor de una fuente caliente a otra más fría, creando además trabajo mecánico, se genera una cierta cantidad de Entropía
La generación de Entropía explica que se “pierda” una cierta cantidad de energía.
¿Dónde va a parar la energía que falta?
La energía se hace “inutilizable”, pero no “desaparece”
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Nociones básicas
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Casi todas las materias primas se pueden reciclar, reutilizar, recuperar, reprocesar, etc.
Pero la energía disipada en un proceso, bien sea de generación o de consumo, no se puede volver a utilizar*).
Una consecuencia importante es que la energía no es una “materia prima” como las demás.
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*) Esta afirmación se debe matizar. Ver esquema
Se pueden encadenar varios procesos, de forma que la temperatura final de uno sea la temperatura inicial del siguiente.
C
Nociones básicas
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Gasolina ideal, ciclo Otto, 8:1………………...…….. 56 %
Gasolina típico, ciclo Otto …………………...…20 – 37 %
Diesel ideal, 18:1 ………………………………...…...63 %
Diesel típico ……………………………………..…30–45 %
Turbina vapor ideal a 816 ºC Rankine……...…...… 73 %
Turbina de vapor a 565 ºC Rankine ……………..… 42 %
Turbina de gas …………………………………..…35-42 %
Turbina de gas ciclo combinado ………………..….. 60 %
Motores eléctricos y alternadores ……….…....70-99,9 %
Límites de rendimiento de la conversión de
energía interna en trabajo
Fuente: Dr. Alberto Navarro Izquierdo
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Nociones básicas
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La POTENCIA de un sistema de generación o consumo de energía mide la CAPACIDAD de producir o consumir energía, INDEPENDIENTEMENTE DEL TIEMPO.
La ENERGÍA de un sistema de generación o consumo de energía mide la CANTIDAD DE TRABAJO MECÁNICO PRODUCIDO o consumido por el sistema, y obviamente TIENE EN CUENTA EL TIEMPO de funcionamiento.
Las unidades de medida principales son:
POTENCIA
ENERGÍA
- Vatio x segundo (Wxs) y sus múltiplos *)
*) Nota importante: Observar que el tiempo (s) está multiplicando.
Es muy común encontrar artículos de prensa, etc. con expresiones en KW/h. Esto es un error.
Nociones básicas
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Es muy importante disponer de un conversor de unidades, como este, pulsar aquí
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Nociones básicas
P.2.2 Pág. 1/1
19-3-2022
Energía Primaria y Energía Final
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Vectores de Energía
P.2.3 Pág. 1/4
19-3-2022
Vectores energé-ticos son sustan-cias o dispositivos que almacenan energía, de forma que ésta pueda liberarse posterior-mente de forma controlada.
Los Vectores energéticos no son fuentes de energía (primaria)
Son productos manufacturados en los que se ha invertido una cantidad de energía, que se puede recuperar y transformar en otra clase de energía.
Fuente: Fundación de Nuevas Tecnologías del Hidrógeno de Aragón
Nociones básicas
P.2.3 Pág. 2/4
19-3-2022
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Producción de Hi-drógeno por diso-ciación electrolítica de H2O
Utilización de Amoniaco en pilas de combustible
Vectores de Energía
El amoníaco se disocia en N y H en el “cracker”. El H pasa a la célula de combustible, en la que se oxida y genera electricidad
Nociones básicas
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P.2.3 Pág. 3/4
19-3-2022
Vectores de Energía
Conferencia “El sistema energético solar-hidrógeno: actualidad y posibili-dades”, del Dr. Carlos Sánchez López, Profesor Emérito del Dpto. de Física de Materiales, UAM.
La producción de Hidrógeno es un tema de gran importancia, y por ello constituye un campo de investigación muy dinámico.
En este seminario no podemos dedicar tiempo suficiente a un tema tan importante, y por ello os hacemos esta recomendación.
Vista del Laboratorio del Dr. Carlos Sánchez López, en la UAM.
Nociones básicas
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Vectores de Energía
P.2.3 Pág. 4/4
19-3-2022
Célula de Combustible
Fuente: Geek.com a través de ALEASOFT
Fuente: Geek.com a través de ALEASOFT
Nociones básicas
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Acumulación de Energía
P.2.4 Pág. 1/4
19-3-2022
Las energía renovables son generalmente intermitentes: esto crea un problema fundamental para su utilización de forma eficiente y económica:
“De noche no hay sol”
Se trata de almacenar la energía disponible en los momentos en los que no hay demanda, y entregarla al sistema en cuando ésta se produce.
Acumuladores:
Nociones básicas
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Acumulación de Energía
P.2.4 Pág. 2/4
19-3-2022
Parque eólico de ACCIONA en Barasoain (Navarra):
1 generador eólico de 3MW almacena energía en dos baterías:
Nociones básicas
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Acumulación de Energía
P.2.4 Pág. 3/4
19-3-2022
Sistema de almacenamiento de energía LS Power-Diablo en California. Tecnología: Baterías de litio-ión.
Almacena y suministra 50 MW (400 MW hora cada 8 horas.)
Fuente: LS Power a través de Insideclimatenews.
Nociones básicas
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P.2.4 Pág. 4/4
19-3-2022
Sistema de Bombeo de Daivões a Gouvães (650m de desnivel). 880 MW
Acumulación de Energía
Nociones básicas
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P.3 Pág. 1/5
19-3-2022
Consumo Global de Energía Primaria 1990-2019
31%
23%
10%
26%
10%
Escala en Exajulios
1 Toe = 11630 KW-hora = 3,5.10-8 ExaJulios
Fuente: ENERDATA https://datos.enerdata.net/energia-total/datos-consumo-internacional.html
418,68
628,02
209,34
Planes Globales de Energía
Energía Primaria
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“Negavatios”
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19-3-2022
Planes Globales de Energía
Intensidad Energética Global (Energía Primaria) 1990-2019
La eficiencia energética jugará un papel clave durante la transición energética hacia una economía totalmente descarbonizada, neutra en emisiones de gases de efecto invernadero.
Esquema General:
0,10
0,05
0,15
0,20
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P.3 Pág. 3/5
19-3-2022
Consumo Global de Energía 1990-2019
Fuente: DNV GL Energy Transition Outlook 2018 - power supply and use
Producción Global de Energía Primaria por Fuente
Renovables
No Renovables
Planes Globales de Energía
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P.3 Pág. 4/5
19-3-2022
Consumo Global de Energía 1990-2019
Fuente: DNV GL Energy Transition Outlook 2018 - power supply and use
Demanda Global de Energía Final por Sector
Planes Globales de Energía
Demanda Global de Energía Final por Sector
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P.3 Pág. 5/5
19-3-2022
1 EJ = 2,777x1011 KWhora
Consumo global de Energía Final en 2050
Exajulios
CCUS = Captura y almacenamiento de CO2
Se estima que la demanda de electricidad va a aumentar debido a la electrificación del transporte (vehículos eléctricos), de las calefacciones, y por la producción de hidrógeno verde/amoníaco como sistemas de almacenamiento de energía y como combustibles.
Planes Globales de Energía
Plan “Net Zero”
Plan “Rapid”
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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
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19-3-2022
El Gobierno de España presenta en febrero de 2019 el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Este Plan recoge los objetivos del Acuerdo de París y el Plan de la Unión Europea para el período 2020-2050
Establece acciones concretas para alcanzar los objetivos citados. Se especifican las inversiones (Públicas y Privadas)
Objetivos vinculantes para la UE en 2030 (Informe “Energía limpia para todos los europeos” (COM2016 860 final):
• 55% de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) respecto a 1990.
• 32% de renovables sobre el consumo total de energía final bruta.
• 32,5% de mejora de la eficiencia energética.
• 15% interconexión eléctrica de los Estados miembros.
Objetivos Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030:
• 23% de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) respecto a 1990.
• 42% de renovables sobre el uso final de la energía
• 74% de energía renovable en la generación eléctrica.
• 39,6% de mejora de la eficiencia energética.
Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
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P.4.- Pág. 2/17
19-3-2022
La eficiencia energética jugará un papel clave durante la transición energética hacia una economía totalmente descarbonizada, neutra en emisiones de gases de efecto invernadero.
Objetivo para 2030: reducción del 39,6%
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Intensidad Energética España (Energía Primaria) 1990-2019
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
Unidades: Kpe/$2015
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Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
P.4.- Pág. 3/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
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Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
P.4.- Pág. 4/17
19-3-2022
Mix de energía primaria en España – 2017 y 2030 (Ktpe)
Fuente: REE https://www.energias-renovables.com/panorama/las-renovables-han-generado-en-espana-en-20210107
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P.4.- Pág. 5/17
19-3-2022
Estructura de demanda total electricidad Año 2020
Total 249.970 gigavatios hora
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
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Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
P.4 Pág. 6/17
19-3-2022
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Fuente de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
P-4.- Pág. 7/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
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Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
P.4.- Pág. 8/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Total Acumulado 2021-2030
36809 Ktpe
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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
P.4.- Pág. 9/17
19-3-2022
Ahorro de energía final acumulada por medidas en España 2021-2030 (ktep)
Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
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Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
P.4.- Pág. 10/17
19-3-2022
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Ejemplo de perfil diario de generación de energía eléctrica en España
(7 de abril de 2021)
P.4.- Pág. 11/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
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Emisiones de CO2 de las centrales eléctricas
P.4.- Pág. 12/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Fuente REE, 2019
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Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019
P.4.- Pág. 13/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
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Origen de los datos: Basque Centre for Climate Change, 2019., 2018
P.4.- Pág. 14/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Volver a Índice
P.4.- Pág. 15/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Fuente: Basque Centre for Climate Change, 2019
Impacto en PIB por tipo de medida (M€)
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P.4.- Pág. 16/17
19-3-2022
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Variación en consumo final – hogares vulnerables y no vulnerables (%)
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Fuente: Wikipedia
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P.4 Pág. 17/17
19-3-2022
Energís renovables
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
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Resumen de procesos y sistemas de captura de CO2
P.5.- Pág. 1/3
19-3-2022
Energías No Renovables – Combustibles Fósiles
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Resumen de procesos y sistemas de captura de CO2
P.5.- Pág. 2/3
19-3-2022
1. Las emisio-nes de la planta generadora de energía se inyectan en un sistema de absorción junto con un reactivo
Planta generadora de energía
Reactivo
CO2 capturado
El reacti-vo se se-para del CO2 por calor
El reactivo se une al CO2
2. El reactivo se une al CO2 y el resto de emisiones de la Planta se liberan al exterior
3. Se aplica calor para separar el reactivo del CO2
4. El CO2 se almacena bajo el fondo marino.
Gases liberados exentos de CO2
Energías No Renovables – Combustibles fósiles
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Fuente: Instituto Elcano http://www.realinstitutoelcano.org/wps/wcm/connect/b9877780430426a8a6b7e75cb2335b49/DT20-2010_Alvarez_captura_almacenamiento_CO2_cambio_climatico.pdf?MOD=AJPERES&CACHEID=b9877780430426a8a6b7e75cb2335b49
P.5.- Pág. 3/3
19-3-2022
Energías No Renovables – Combustibles fósiles
Captura y Almacenamiento de CO2 (CAC)
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Fuente: IRENA https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2018/Apr/IRENA_Report_GET_2018.pdf)
P.5.1 Pág. 1/3
19-3-2022
Demanda de Combustibles Fósiles relacionados con el consumo de energía (Exajulios)
Reducción de demanda en 2050
Energías No Renovables – Combustibles Fósiles
Unidades: Exajulios
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¿King Coal?
El carbón
P.5.1 Pág. 2/4
19-3-2022
Energías No Renovables
El petróleo y el gas natural
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P.5.1 Pág. 2/3
19-3-2022
Energías No Renovables
Esquema Termodinámico
El petróleo y el gas natural
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Turbina de gas
Alternador
P.5.1 Pág. 3/3
19-3-2022
1.- Turbina de gas
2.- Toma de aire
3.- Generador eléctrico
4.- Excitador del generador
5.- Embrague síncrono
6.- Turbina de vapor combinada HP/IP
7.- Turbina de vapor de baja presión
8.- Condensador
Energías No Renovables
Inestable
Energía nuclear (Fisión)
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P.5.2 Pág. 1/5
19-3-2022
Central nuclear de Ascó
Central nuclear francesa
En enero de 2018, existen 448 reactores nucleares operativos en todo el mundo y 58 unidades más en construcción
Energías No Renovables
Esquema de central nuclear moderada por agua en ebullición
Fuente: Wikipedia
Esquema de central nuclear moderada por agua a presión
Energía nuclear (Fisión)
P.5.2 Pág. 2/5
19-3-2022
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Origen de los datos: Wikipedia
Energías No Renovables
El Dr. Vicente Ausín ha realizado unos buenos estudios del sobre las centrales nucleares, a los que se puede acceder en los enlaces siguientes:
Los riesgos de la radiactividad y su percepción social. Parte I
Los riesgos de la radiactividad y su percepción social. Parte II
El control del riesgo radiológico en las centrales nucleares españolas
Energía nuclear, emergencia climática y modelo energético
Centrales actuales en España
Fuente: Wikipedia
Energía nuclear (Fisión)
P.5.2 Pág. 3/5
19-3-2022
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Energías No Renovables
Fuente: Terra Power y Wikipedia
Concepto del Reactor TWR
(traveling wave reactor) Generación IV
Un Reactor TRW es un reactor nuclear de fisión que convierte combustible fértil* en combusti-ble utilizable, mediante transmutación nuclear, en paralelo con la fisión de material fisible
* Un Combustible se llama fértil cuando no es fisionable, pero puede hacerse fisionable por reacciones nucleares en el interior de un reactor nuclear.
Energía nuclear (Fisión)
P.5.2 Pág. 4/5
19-3-2022
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La compañía Terra Power está construyedo un reactor TRW que entrará en funcionamiento en los años finales de esta década. Estará refrigera-do por Sodio (se denominará “Natrium”)
Energías No Renovables
VHTR (Reactor de muy alta temperatura)
Energía nuclear (Fisión)
P.5.2 Pág. 5/5
19-3-2022
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Energías No Renovables
Hasta la fecha, se han desarrollado dos líneas de investigación, que se han materializado en experimentos con resultados iniciales alentadores:
- Sistemas de confinamiento magnético
- Sistemas de confinamiento inercial
Los sistemas de confinamiento inercial se han desarrollado fundamentalmente en EEUU, y los sistemas de confinamiento magnético se han desarrollado por consorcios de varias naciones europeas y de otros continentes.
Desde los años cuarenta del siglo XX se ha investigado la posibilidad de generar energía mediante el proceso que opera en el núcleo de las estrellas: Fusión Nuclear.
Energía nuclear (Fusión)
Comparación de los tamaños de JET y de ITER
El proyecto JET demostró que
es posible obtener una reacción nuclear de fusión controlada
Se ha pasado a la siguiente etapa: el proyecto ITER, actualmente en construcción en Cadarache (Sur de Francia).
P.5.3 Pág. 1/6
19-3-2022
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Energías No Renovables
La reacción se realiza en un plasma de los gases deuterio y tritio (ambos son isótopos del hidrógeno), a temperaturas del orden de 100 millones de ºC
Energía nuclear (Fusión)
Esquema de los 3 sistemas de calentamiento del plasma hasta 100 millones de C
P.5.3 Pág. 2/6
19-3-2022
Los sistemas de confinamiento magnético se basan en los trabajos que Zajarov, Tamm y Kurchatov realizaron en Rusia durante los años cuarenta, y que culminaron con el desarrollo del concepto TOKAMAK.
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Energías No Renovables
Parámetros principales de la cámara toroidal
Parámetro | | Unidad |
Radio mayor cámara del plasma | 6.2 | m |
Radio menor cámara del plasma | 2.0 | m |
Volumen cámara del plasma | 840 | m3 |
Corriente en el plasma | 15.0 | MA |
Campo magnético toroidal en el eje | 5.3 | T |
Potencia de Fusión | 500 | MW |
Tiempo de mantenimiento de temperatura | >400 | s |
Amplificación de potencia | >10 |
|
Energía nuclear (Fusión)
P.5.3 Pág. 3/6
19-3-2022
El proyecto ITER se halla actualmente en construcción en Cadarache (Sur de Francia).
Calendario:
2010.- Comienza la construcción de instalaciones. 2015.- Trasladado de primeros componentes de gran tamaño
2018.- Comienzo primera fase de ensamblaje
2024.- Fase de puesta en marcha
2025.- Se consigue el primer plasma
2035.- Comienza la operación de fusión
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Energías No Renovables
Tecnología del siglo XIX
Tecnología
del siglo XXI
Energía nuclear (Fusión)
P.5.3 Pág. 4/6
19-3-2021
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Energías No Renovables
Este proyecto ha pasado por diversas etapas en el Laboratorio L. Livermore, y en la actualidad ha alcanzado una escala de instalación prototipo, con la denominación NIF. La energía total que se inyecta al combustible es del orden de 1,8 Megajoule.
Tras 12 años de trabajo, se finalizó la instalación en 2009, con un coste de 3.100 millones de $US.
EEUU inició en los años setenta el proyecto NOVA de fusión nuclear, que se basaba en el calentamiento del combustible nuclear (esferas de deuterio y tritio) mediante láseres.
Energía nuclear (Fusión)
P.5.3 Pág. 5/6
19-3-2021
Esquema de la disposición de la cavidad “Hohlraum”, con la esfera de combustible, y la trayectoria de los rayos laser.
El sistema dispara 192 rayos laser simultáneamente sobre las paredes de la cavidad, en las cuales se genera un flujo de rayos X.
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Energías No Renovables
Los rayos X inciden sobre la esfera de combustible, provocando un calentamiento de su superficie, que se mueve a gran velocidad hacia el exterior.
Se produce una fuerza de reacción, que genera la implosión del núcleo de la esfera de combustible. Se alcanza una densidad de unos 300 g/cm3
Se alcanza una temperatura de 100 millones de ºC, a la cual se dan las reacciones nucleares que generan una cantidad de energía varias veces mayor que la de entrada al sistema.
Energía nuclear (Fusión)
P.5.3 Pág. 6/6
19-3-2022
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Energías No Renovables
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P.6 Pág. 1/3
19-3-2022
Fuente: Our World in Data - https://ourworldindata.org/renewable-energy#breakdown-of-renewables-in-the-energy-mix
Energías renovables
El cumplimiento de los objetivos del Protocolo de Kyoto es imposible sin la contribución de las energías renovables.
Las fuentes de energía renovables incluyen la hidráulica, solar, eólica, bioenergía, geotérmica, olas y mareas. No se incluyen los biocombustibles tradicionales, que pueden ser fuentes de energía claves en lugares con baja capacidad económica
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El cumplimiento de los objetivos del Protocolo de Kyoto es imposible sin la contribución de las energías renovables.
P.6 Pág. 2/3
19-3-2022
Fuente: Our World in Data - https://ourworldindata.org/renewable-energy#breakdown-of-renewables-in-the-energy-mix
Energías renovables
Fuente: IDAE https://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf
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P.6 Pág. 3/3
19-3-2022
Energías renovables
Costes de Generación de Electricidad
Coste: Céntimos de Euro2010/Kwh
Datos generales:
Energía generada por las dos centrales: 3,5x108 Kwh/año
La central de carbón emite 0,27 Kg de CO2 por Kwh
Volumen presa central hidráulica: 645000 m3 hormigón
Peso del cemento: 645.000x0,412 = 265.740 T = peso de CO2 emitido
Ejercicio:
Sustituir una central de carbón convencional por una central hidroeléctrica que genere anualmente la misma energía
Pulsar sobre la foto para abrir el cálculo
Resumen:
La reducción de emisiones de CO2 conseguida durante los primeros 12,6 años de funcionamiento de la central hidroeléctrica compensarían las emisiones de CO2 realizadas para construirla
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P.6 Pág. 3/3
19-3-2022
Energías renovables
Energía Eólica, generación de electricidad
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Energías renovables
Fuente: Our World in Data - https://ourworldindata.org/renewable-energy#breakdown-of-renewables-in-the-energy-mix
Se incluyen las instalaciones terrestres y las marítimas.
Energía Eólica
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P.6.1 Pág. 2/3
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Potencia global de genera-ción eólica de electricidad, instalada hasta 2020. Fuente: WIKIPEDIA
Energías renovables
3.3.1.- Energía eólica
Ejemplo de generadores eólicos instalados en la plataforma costera
Energía Eólica
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Esquema del campo de generadores “Borkum 2” (400 Mw)
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Energías renovables
Energía solar recibida anualmente al nivel del suelo
Energía Solar
Energías renovables
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Esquema de sistemas de utilización de la energía solar
Energía Solar
Sin concentración
(Baja temperatura)
Sistemas de captación de energía mediante líquidos acumuladores de calor
Sistemas de captación de energía mediante células fotovoltaicas
Con concentración (Alta temperatura)
Calor p/viviendas, procesos industriales, etc.
Con bomba de calor, refrigeración y climatización
Producción de vapor y electricidad (turbina/alternador). Con acumulación en sales fundidas, funcionamiento “contínuo”
Producción directa de electricidad
Recomendación:
Conferencia “La Fotovol-taica en el autoconsumo eléctrico es una realidad”
de Jesús Laborda
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Energías renovables
Instalación doméstica pane-les solares fotovoltaicos
Instalación industrial paneles solares fotovoltaicos
Energía Solar
Energías renovables
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Fuente: IDAE, https://www.idae.es/sites/default/files/documentos/publicaciones_idae/documentos_resumen_per_2011-2020_15f3dad6.pdf
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Instalación de energía solar sin concentración (a baja temperatura),
Instalaciones de energía solar con concentración
(Alta temperatura). Producción de electricidad
Energía Solar, producción de electricidad
Energías renovables
P.6.2 Pág. 4/6
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Fuente: Our World in Data - https://ourworldindata.org/renewable-energy#solar-energy-generation
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Energía Solar
Energías renovables
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Fuente: Our World in Data - https://ourworldindata.org/renewable-energy#solar-energy-generation
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Proporción de energía primaria de origen solar
Energías renovables
P.6.2 Pág. 6/6
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Fuente: Our World in Data - https://ourworldindata.org/renewable-energy#solar-energy-generation
Energía Primaria Solar, consumo per cápita - 2019
Consumo de energía medida como equivalentes de energía primaria. Nos referimos a energía bruta, antes de su conversión en electricidad, calor o combustibles para transporte. En este caso se ha medido como “equivalentes de entrada”, es decir, cantidad de energía primaria proporcionada por combustibles fósiles que sería necesaria para generar la misma cantidad de energía solar.
Energía hidráulica
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Energías renovables
Fuente: Our World in Data - https://ourworldindata.org/renewable-energy#breakdown-of-renewables-in-the-energy-mix
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P.6.3 Pág. 2/2
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Energía Hidráulica
Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030
Energía de olas y mareas
Este sistema, a pesar de ser muy eficiente, no se ha podido instalar en ningún otro lugar, debido a los requisitos de intensidad de la mareas.
Los desarrollos de sistemas de aprovechamiento de las mareas tienen un precedente en la central de La Rance (costa de Bretaña, Francia), inaugurado en 1966.
Energías renovables
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Energía de olas y mareas
Energías renovables
Central Nereida MOWC, Motrico,
300 Kw y 600.000 Kwh/año.
Columna de agua oscilante y turbina de aire comprimido.
En España se están desarro-llando varios sistemas de apro-vechamiento de la energía de las olas
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Turbina-Generador
Válvula de modulación
Cámara de la columna de agua oscilante OWC
Flujo de Aire
Rompeolas
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La energía que contiene la biomasa es energía solar almacenada a través de la fotosíntesis, proceso por el cual las plantas utilizan la energía solar para convertir los compuestos inorgánicos que asimilan (como el CO2) en compuestos orgánicos.
“Biomasa” es todo material de origen biológico, excluyendo aquellos que han sido incorporados a formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización.
Bioenergía
Energías renovables
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Reacción Fotosíntesis: 6H2O+6CO2+Energía C6H12O6+6O2
0,65 t de Agua
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Bioenergía
Energías renovables
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Evolución y previsiones consumo global de biomasa.
Unidades: KTpe
Fuente: Ente Vasco de la Energía (EEE).
https://www.eve.eus/Actuaciones/Actuaciones/Biomasa?lang=es-es
Instalaciones energéticas de la biomasa
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Bioenergía
Energías renovables
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Residuos
Energías renovables
Fuente del gráfico: epdata
https://www.epdata.es/datos/recogida-residuos-datos-estadisticas/225
El sentido común de la sostenibilidad nos aconseja priorizar:
Pero, en última instancia, hay que contemplar su valorización*) como una opción válida para evitar que acaben en un vertedero..
Si aplicamos estas reglas, recuperamos mucha más energía que la que conseguimos cuando usamos los residuos como fuente de energía.
Por ejemplo, fabricar papel a partir de papel usado requiere un 65% menos de energía.
*) Se denomina valorización al proceso de usar los residuos para producir energía
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Residuos
Energías renovables
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Fuente: ECOEMBES https://www.ecoembes.com/es/planeta-recicla/blog/se-puede-generar-energia-en-los-vertederos#:~:text=Al%20proceso%20de%20usar%20los,se%20queman%20para%20producir%20energ%C3%ADa.
De los dos millones de toneladas de residuos plásticos de origen doméstico que se producen anualmente en España, alrededor del 14% se utiliza para generar energía.
La combustión de una tonelada de botellas de plástico genera tanta energía como quemar 1,4 toneladas de carbón
El reciclaje de todo el film de plástico que llega a los vertederos de España cada año podría ahorrar una energía equivalente a la de 185 millones de litros de gasóleo, suficientes para abastecer de calefacción a unos 50.000 hogares.
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Energía Geotérmica
Energías renovables
El objetivo de la energía geotérmica es la producción de calor o electricidad aprovechando el recurso térmico que se encuentra bajo el suelo. El recurso geotérmico se caracteriza por:
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Recurso | Profundidad (m) | Temperatura | Aplicación |
Somero o de muy baja temperatura | < 250 metros | < 30 ºC | Generación de calor con bomba de calor |
Baja temperatura | 1.500 - 2.500 | 30 - 100 ºC | Invernaderos, piscifactorías, procesos industriales y en soluciones de district heating. |
Media temperatura | 2.000 - 4.000 | 100 - 150 ºC | Generación de electricidad a través de plantas flash, plantas de vapor seco y plantas de ciclo binario. |
Alta temperatura | 1.500 - 3.000 | > 150 ºC |
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Fuente: Instituto Geológico y Minero (IGME) de España
Energía Geotérmica
Energías renovables
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3.3.7.- Energía geotérmica
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Ejemplos de las aplicaciones típicas de energía geotérmica
Energía Geotérmica
Energías renovables
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Energía Geotérmica
Energías renovables
Bomba de Calor
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Aire caliente hacia el interior
Intercambiador externo
Válvula reversible
Compresor
Vapor a Baja Presión-Temperatura
Vapor a Alta Presión-Temperatura
Líquido a Baja Presión-Temperatura
Líquido a Alta
Presión-Temperatura
El Refrigerante absorbe calor del Aire-Suelo y alcanza la evaporación
El Refrigerante entrega calor al aire y vuelve al estado líquido
Intercambiador interno
Recinto de expansión
La Bomba de Calor funciona por el principio del “calor latente de vaporiza-ción”.
La energía térmica del aire-terreno ex-terno se transporta al interior del edificio por medio de un líquido que experi-menta un cambio de fase.
Se utiliza comunmente el Tetrafluoroetano por-que aunque tiene un valor relativamente bajo de calor latente de vaporización, tiene un bajo punto de ebullición (-26,3 ºC), es químicamente inerte y no tóxico
https://www.sciencelearn.org.nz/resources/241-heat-pumps-and-energy-transfer Fuente: University of Waikato (Nueva Zelanda).
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Grupo de viviendas en Tres Cantos- Madrid, equipado con una instalación de energía geotérmica de 400 Kw
Energía Geotérmica
Energías renovables
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Todo el captador trabaja centralizado con una única sala técnica compuesta de 8 bombas geotérmicas Vaillant VWS 460/2, con una potencia de 50,5 KW en B5W35 con AT 8ªC.
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Instalación geotérmica típica de profundidad somera
Energía Geotérmica
Energías renovables
1:Temperatura suelo: 15 C.
2: Evaporador
3: Compresor
4: Vivienda
5: Válvula de retención
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Fuente; Revista Investigación y Ciencia, 2006
P.7 Pág. 1/4
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Electricidad de red
Energías para el Transporte
Emisiones de los vehículos
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Fuente; Revista Investigación y Ciencia, 2006
P.7 Pág. 2/4
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Energías para el Transporte
El proceso desde la extracción del crudo, refino y transporte del combustible para motores de combustión interna (CI) hasta la estación de servicio ofrece un rendimiento mayor que el de la producción de Hidrógeno para las pilas de combustible, excepto
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Transformación de la demanda de energía
Petajulios/año
Energías para el Transporte
P.7 Pág. 3/4
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Observar:
1 Petajulio = 1015 julios = 2,78x108 Kwh
Datos Globales
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El sector del transporte consume aproximadamente un 38 % de la energía final total consumida en España anualmente. Equivale a unos 39 MT de petróleo equivalente.
Prácticamente el 100 % de este consumo energético proviene del petróleo, que es también importado en un 100 %.
Energías para el Transporte
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Ahorro de Energía Final acumulada en España 2021-2030 (Ktep)
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Se están realizando investigaciones para hallar soluciones a los problemas del transporte que van mucho más allá de las emisiones de GEI
Coche guiado por ordenador:
- Reducción muy significativa de los accidentes de tráfico
Coche compartido (no en propiedad):
Energías para el Transporte
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La evolución de los sistemas de propulsión de vehículos experimentada en los últimos años parece indicar que, sin abandonar de forma completa otros sistemas alternativos, los vehículos de transporte* serán impulsados por electricidad.
* Coches, camiones, autobuses, etc.
Por lo tanto, vamos a explicar los principales sistemas de propulsión, aunque no vayan a ser importantes en el futuro, puesto que siempre pueden dar respuesta a necesidades especiales.
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Energías para el Transporte
P.7.1 Pág. 1/3
19-3-2022
Electricidad
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Energías para el Transporte
Electricidad
Fuente: https://www.ev-volumes.com/
P.7.1 Pág. 2/3
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Ventas mundiales de coches eléctricos (Datos x1000)
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Energías para el Transporte
Electricidad
P.7.1 Pág. 3/3
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Fuente: IDAE https://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf
Datos de España 2020:
Total coches vendidos: 851.000
Coches eléctricos vendidos: 18.000 (2% del total)
Campo de maíz Jatropha Curcas
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- Alcoholes: por ejemplo etanol, metanol, etc, obtenidos por fermentación de vegetales ricos en azúcares.
- Aceites vegetales: obtenidos de plantas oleaginosas, tales como la jatropha curcas, soja, colza, etc, o por tratamiento de aceites desechados.
Biocombustibles
Energías renovables
P.7.2 Pág. 1/2
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La producción de biocombustibles procedentes de materias primas alimenticias pueden influir de forma muy negativa en los precios de esas materias, generando carestía en países pobres.
Biocombustibles
Energías renovables
P.7.2 Pág. 2/2
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Se están desarrollando prototipos de coches, autobuses y camiones impulsados por “células (pilas) de combustible”, que generan directamente una corriente eléctrica mediante la oxidación catalítica del hidrógeno. (ver punto 2.3)
Estos sistemas no realizan un ciclo termodinámico.
En consecuencia, no están sujetos a los límites impuestos por el principio de Carnot.
Por ello, su rendimiento es en general superior al 75 % (el rendimiento de un motor normal de gasolina o diesel es el 35 %).
Además, el único producto de la oxidación catalítica del hidrógeno es H2O
Energías para el Transporte
Hidrógeno
P.7.3 Pág. 1/3
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Honda FCX-2005, coche impulsado por células de combustible que utilizan hidrógeno
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P.7.3 Pág. 2/3
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Energías para el Transporte
Hidrógeno
Desarrollar un sistema para producir hidrógeno con un coste competitivo con los combustibles fósiles conven-cionales, y que no genere más GEI que los sistemas actuales.
Desarrollar sistemas de almacenamiento del hidrógeno dentro del propio vehículo, en cantidad necesaria para dotarlo de una autonomía aceptable (por ejemplo, 500 Km sin recargar).
Establecer una red de estaciones que suministren el hidrógeno en condiciones de seguridad similares a las actuales estaciones de servicio
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Energías para el Transporte
Hidrógeno
Coches: ……………….25932
Autobuses:……………..5648
Camionetas:…………….3161
Furgonetas:………………..49
Camiones pesados:……...14
Total:…………..…34804
Número total acumulado de vehículos impulsados por Hidrógeno (2021, en todo el Mundo)
Talgo ha comenzado el 1 de junio de 2022 las pruebas dinámicas de su tren dual de hidrógeno renovable Vittal-One. Estos ensayos buscan asegurar la validación de la tecnología de hidrógeno aplicada al sector ferroviario. En esta fase Repsol proporcionará la infraestructura de generación de hidrógeno renovable y suministro de la energía para abastecer al tren.
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Aviación
Repsol ha producido en 2018, en Puertollano, 7.000 toneladas de combustible para aviación a partir de biomasa.
Este primer lote evitará la emisión a la atmósfera de 440 toneladas de CO2, el equivalente a 40 vuelos Madrid-Barcelona de aviones normales
Repsol va a poner en marcha en 2024 una nueva planta en Bilbao para producir combustibles sintéticos a partir de hidrógeno renovable (“Hidrógeno verde”) y CO2 capturado en la refinería de Petronor.
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AIRBUS
Propulsores Turbofán, de turbina de gas modificado que funciona con hidrógeno mediante combustión.
El hidrógeno líquido se almacenará y distribuirá a través de tanques ubicados detrás del mamparo de presión trasero.
Capacidad para 120 y 200 pasajeros
Autonomía de más de 2,000 millas náuticas.
Energías para el Transporte
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1.- Los planes de los países signatarios del Acuerdo de París contemplan una importante reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) para 2050.
1.- El elemento fundamental para la reducción de las emisiones de GEI es una racionalización y reducción del consumo de energía,
2.- La racionalización y reducción del consumo de energía se va a basar en:
2.- Todavía hay una elevada incertidumbre sobre:
3.- Nos hallamos en una Emergencia Climática.
4.- No hay vacuna para la Emergencia Climática
Lo esencial del Seminario