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