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Capítulo

La energía y el desarrollo de la sociedad

a evolución del acceso masivo a la energía en los últimos doscientos años, ha permitido mejorar la calidad de vida de la población mundial de manera sustancial. Su impacto sobre cada uno de los aspectos de la vida diaria, así como del comercio, la industria y el transporte nos ha permitido el

bienestar que hemos alcanzado.

Sin duda alguna, el desarrollo de las diferentes formas de generación de electricidad ha posibilitado el acceso a las comodidades que hoy tenemos en casa, como la iluminación que prolonga el día para trabajar o realizar otras actividades; las comunicaciones a través de la radio, la televisión, las computadoras y dispositivos móviles (teléfonos inteligentes, tabletas, notebooks, relojes inteligentes, etc.) que nos permiten estar en interacción con lo que sucede en tiempo real en nuestra localidad y el mundo; la refrigeración que conserva nuestros alimentos por periodos más largos; las cocinas con energías limpias para preparar mejores alimentos; la lavandería y otras aplicaciones, que simplifican nuestra vida, teniendo comodidad y tiempo disponible para otras actividades diarias. El contar con medios de transporte que funcionan con combustibles, como la gasolina, el gas, el diésel o la electricidad, que nos permiten trasladarnos rápidamente en nuestra localidad, en el país o a otros países, es parte de nuestra vida diaria.

L

1

Fig. 1.1 Domesticando a los animales como el caballo, el hombre incrementó su potencia de trabajo de 100 watts a 1000 watts, es decir, 10 veces más.

100

1000 500 0 500 1000 1500 años

10

1000

10 000

watts

a. C. d. C.

Arnés de cuello y cincha

Arnés de pectoral

Arnés de collar

Trabajo animal

Trabajo humano

Comparación de la potencia humana y animal (en watts)

1.1 Evolución de las fuentes y el uso de la energía

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Toda esta comodidad es posible con solo apretar un botón o interruptor, lo que nos hace pensar que la energía estará siempre a nuestra disposición y no se agotará. No consideramos que la energía que usamos, muchas veces llega desde lugares muy alejados pasando por una serie de procesos con un costo económico y causando en mayor o menor medida un impacto ambiental.

Llegar al estado actual de la producción y uso de la energía, ha significado muchos años de desarrollo. Hace miles de años el hombre solo tenía como fuente de energía el Sol. Posteriormente, al descubrir el fuego consiguió tener mejor comida y calefacción, y le permitió ahumar y prolongar el tiempo de consumo de las carnes utilizando la biomasa, como la leña y otros biocombustibles. Luego, también gracias al fuego, el hombre pudo realizar fundiciones y aleaciones de metales; y de este modo, construyó herramientas que utilizó para diferentes propósitos usando su propia energía (equivalente a 100 watts). Más adelante utilizó la energía de los animales de tiro que multiplicó su energía hasta en diez veces (1000 watts), con lo que el hombre mejoró aún más su calidad de vida.

La utilización de la fuerza animal para el arado y la carga, le permitió al hombre realizar tareas agrícolas y mejorar la productividad de sus campos, así como el transporte de productos. Pronto comenzó a utilizar la energía eólica para el transporte en los barcos de vela, y la energía hidráulica para la molienda de granos. Posteriormente, cuando se descubrió la electricidad, utilizó esta forma de energía en centrales hidroeléctricas generando millones de watts de electricidad, equivalente a la energía de millones de personas, lo que hizo posible mover máquinas más pesadas y realizar una producción industrial a gran escala.

Transporte y comercioIndustria y agriculturaEconomía domésticaAlimentación

Hombres primitivos

Culturas de cazadores

Civilización agrícola primitiva

Civilización agrícola

avanzada

Civilización industrial

Civilización tecnológica

12 000

10 000

8000

6000

4000

2000

0

Fig. 1.2 El hombre primitivo solo utilizaba su fuerza, equivalente a 100 watts. Actualmente utilizamos más de 10 000 watts, es decir, cien veces más para alcanzar la comodidad que tenemos.

Fuente: E. Cook. The flow of energy in the industrial society. Scientific American. 1971.

watts

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En la Edad Media se comenzó a utilizar el carbón mineral, alcanzando mayor intensidad al inventarse la máquina de vapor en el siglo XVII. Posteriormente, el descubrimiento y uso del petróleo y del gas natural dinamizó el empleo de estas máquinas no solo para las industrias, el transporte marítimo (barcos) y terrestre (trenes), sino también para la producción de electricidad.

Posteriormente se inventó el motor de explosión, y cuando este comenzó a utilizarse en vehículos de transporte, la demanda de petróleo se incrementó sustancialmente. Los automóviles que hasta ese entonces funcionaban con baterías eléctricas desaparecieron.

En 1942 entró en funcionamiento el primer reactor nuclear y se demostró que podía obtenerse energía del núcleo de los átomos para generar electricidad y otros usos.

Durante los últimos cien años el mundo vive de la energía que la naturaleza creó y almacenó por millones de años: el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio. Estas fuentes ingresaron al mercado de la energía paulatinamente, primero el carbón que desplazó a la biomasa tradicional (leña), siendo posteriormente reemplazado parcialmente por el petróleo y este por el gas natural. Este último recurso energético inicialmente solo tenía un uso local debido a la dificultad que representaba su transporte; pero

Fig. 1.3 La invención de la máquina de vapor y posteriormente la producción de la electricidad, permitieron incrementar la potencia del hombre en millones de veces, sin las cuales no sería posible la comodidad que actualmente tenemos.

10 000 000 000

100 000 000

1 000 000

1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 años

Hidroeléctr

icas

Molino de agua

Caballos

1 000 000 000

10 000 000

100 000

1000

100

10 000

Máquinas de vapor

Termoeléctrica

s

watts

Comparación de la potencia de las máquinas y los animales de tiro (en watts)

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Sobre el particular es conveniente mencionar que por el año 2000 se desarrollaron nuevos métodos de explotación de gas natural, como la tecnología de las perforaciones horizontales de rocas de esquisto que contienen este energético, conocido como gas de esquisto o shale gas. El denominado shale gas, por su abundancia (China, Estados Unidos y Argentina poseen las reservas más grandes del mundo) y bajo precio, está revolucionando el mercado energético mundial y se perfila como el combustible clave para los próximos 100 años.

Las investigaciones de las fuentes de energías renovables, como la eólica y solar, los subsidios a su uso y la masificación de su producción, han originado economías de escala muy grandes y una reducción sustancial de los precios de estas tecnologías. De tal manera que ahora no solo son una fuente de generación adicional para las redes eléctricas nacionales, sino también para el autoconsumo, entendiéndose como tal el uso de pequeños paneles fotovoltaicos y aerogeneradores para el uso residencial.

De otro lado, los biocombustibles, como el alcohol que se obtiene de la caña de azúcar y otros productos agrícolas, han comenzado a ser utilizados como combustibles para vehículos en el mundo y en el Perú. Lo mismo sucede con el biodiésel que se obtiene de plantas, como la palma, el girasol y otras. Esta tecnología ha cobrado singular importancia porque genera, en algunos casos, menos emisiones que los combustibles provenientes del petróleo. No obstante sus ventajas ambientales, se teme que la intensificación del uso de esta tecnología pueda dar lugar al encarecimiento de algunos alimentos como el azúcar, ya que tanto el alcohol como esta última se fabrican con la misma materia prima. Se estima que los biocombustibles modernos que se fabricarán a partir de plantas gramíneas, evitarán que ocurra este problema en el futuro.

El interés de utilizar biocombustibles como combustible automotor, deviene del hecho de que una de las principales fuentes de GEI es el sector transporte. Esta también es la razón por la cual, desde la década de los 90, países como Estados Unidos, China, Japón y ciertos países europeos están desarrollando vehículos híbridos que funcionan con combustible y electricidad, y recientemente vehículos que solo funcionan con electricidad, cada vez más eficientes y económicos, que vienen sustituyendo a los vehículos con motores de combustión.

Fig 1.4 En Nueva York, en1895 ya circulaba una flota de taxis que funcionaban con baterías eléctricas. Un siglo después, se está volviendo a utilizar autos eléctricos, pero más modernos.

con el surgimiento de los grandes buques metaneros y los gasoductos, su utilización se intensificó y está desplazando paulatinamente al carbón y petróleo, ya que genera menos emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), como el CO2 cuando combustiona.

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En la figura 1.5 se puede ver cuál es la tendencia actual del uso de fuentes de energía a nivel mundial y cuál es la importancia que tendrán cada una de ellas, destacándose el incremento del uso de las fuentes de energías limpias, como la eólica y solar. La participación de los reactores nucleares seguirá siendo importante en los próximos años a pesar del accidente en la central nuclear Fukushima I de Japón en el 2011.

Es importante mencionar que a mediados del presente siglo, ingresará al mercado la tecnología de los reactores de fusión nuclear que, imitando las reacciones termonucleares que se produce en el Sol, nos proveerá de energía abundante y de baja contaminación. En la actualidad, con la participación y financiamiento de 35 países desarrollados, se viene construyendo en Francia un reactor experimental de fusión nuclear (proyecto ITER) que utilizará el calor de fusión para producir vapor y después electricidad mediante turbinas y generadores. La construcción de las instalaciones del ITER comenzó en 2010, la puesta en marcha se prevé en 2024, y el comienzo de la operación de fusión en 2035. Se estima que las primeras plantas comerciales operarán después del año 2050.

Desde luego, esta visión del futuro podría modificarse sustancialmente en función a la severidad del cambio climático, pero todo indica que es irreversible la menor utilización de combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, y el mayor uso de energías limpias como las renovables.

Escenario futuro de la participación de las fuentes de energía en el consumo energético mundial

Fig. 1.5 En el futuro las energías renovables y la energía nuclear tendrán una mayor participación en el consumo energético mundial.

Fuente: World Economic and Social Survey 2011. United Nations.

%

100

80

60

40

20

01850 1900 1950 2000 2019 2050 2100

Renovables

Nuclear

Biomasa

Carbón

Petróleo

Gas

Estamos aquí

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Hay certeza de que la demanda de energía irá aumentando a medida que se vaya incrementando la población mundial, debido a que de los 7715 millones de habitantes que hay en el mundo (NU 2017), según la AIE, menos de 1000 millones aún no tienen acceso a la electricidad y cerca de 2700 millones no tienen acceso a las fuentes modernas y limpias de energía (ello incluye a la población que usa leña para cocinar).

La energía barata que se tuvo hasta los años 70 del siglo pasado originó su derroche y uso irresponsable, debido a los precios bajos de los combustibles, en especial del barril de petróleo, que se mantuvo durante decenas de años a un precio aproximado entre 1 y 2 dólares, hasta que se produjo la crisis energética en octubre de 1973 cuando los ministros de los países árabes con mayores reservas de petróleo del mundo (Arabia Saudita, Argelia, Libia, Kuwait, Abu Dhabi, entre otros), decidieron reducir su producción e incrementar el precio del petróleo en casi cuatro veces, como una medida política para influir en el conflicto árabe-israelí, sancionando con dichas medidas y la suspensión de exportaciones (embargo petrolero) a los países que apoyaban a Israel, entre los cuales se encontraban Francia, España, Alemania e Italia que importaban en ese entonces, más del 80% del petróleo de esa región. Dicha situación originó una recesión a nivel mundial, con unos costos sociales que afectaron a miles de millones de personas.

Precios del petróleo 1861 - 2018 (dólares por barril)

Fig. 1.6 El precio del barril de petróleo se mantuvo de 1 a 2 dólares durante muchas décadas. Como consecuencia de la crisis energética de 1973, que se produjo por los conflictos armados en Medio Oriente, su precio llegó a más de 10 dólares originando una crisis mundial. Hacia fines de esa década el precio casi llegaba a los 40 dólares y el año 2011 sobrepasó los 100 dólares el barril, impactando económica y socialmente a los países que no tenían recursos energéticos.

Fuente: BP Statistical Review of World Energy. 2012 y 2019.

1861-69 1870-79 1880-89 1990-99 1900-09 1910-19 1920-29 1930-39 1940-49 1950-59 1960-69 1970-79 1980-89 1990-99 2000-09 2010-19

$ 2019 (deflated using the Consumer Price Index for the US)

$ money of the day

1861-1944 US average.

1945-1983 Arabian Light posted at Ras Tanura.

1984-2019 Brent dated

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

1.2 Desarrollo sostenible. Dimensiones económicas, sociales y ambientales de la energía asociada a la seguridad energética

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Consumo mundial de la energía desde la revolución industrial (en exajoules)

La población mundial se ha incrementado en cuatro veces en los últimos 100 años, y las Naciones Unidas estiman que la población para el año 2050 se incrementará a 9 700 millones de habitantes, es decir, un incremento de un 25% con relación a la población actual, lo que originará una presión sobre los recursos naturales muy importante; sin embargo, el impacto más grande se deberá a que los países en vías de desarrollo aspiran a tener un mismo nivel de bienestar que los países desarrollados, y los científicos han alertado que para satisfacer dichos requerimientos, se necesitaría el equivalente a seis planetas Tierra.

A los países en vías de desarrollo, prioritariamente se les tendrá que dotar de energía que los ayude a cubrir sus necesidades mínimas mediante el suministro de energías modernas y limpias; y, sobre todo, tener como objetivo a un “acceso total a la energía”.

Las denominadas fuentes modernas de energía están representadas por la electricidad (para iluminación, comunicación, fuerza motriz, refrigeración, entre otras), y la energía limpia se refiere a las tecnologías y combustibles que permitan realizar una cocción, con mínimas emisiones al interior de las viviendas y al ambiente (cocinas mejoradas, cocinas de gas, sistemas de biogás).

Fig. 1.7 El consumo de energía mundial se ha incrementado en cinco veces en apenas 50 años, y si no la utilizamos eficientemente, no podremos garantizar la seguridad energética del planeta. En esta figura se puede ver la relación entre el desarrollo tecnológico y la consiguiente comodidad que gozamos gracias a las autos, la radio y la televisión, que inicialmente utilizaban tubos al vacío, hasta que fueron sustituidos por los microchips con el que actualmente funcionan casi todos los equipos y artefactos eléctricos.

Fuente: World Economic and Social Survey 2011. United Nations.

Desde entonces, la seguridad energética ha sido un factor importante en el diseño de las políticas energéticas de los países, y en algunos casos ha dado origen a conflictos armados principalmente en los países de Medio Oriente, que son los más importantes poseedores de reservas de petróleo. Es previsible que la demanda que se producirá en los próximos decenios, no solo por el incremento de la población sino también por el nivel de comodidad a que todo el mundo tiene derecho, seguirá creciendo, lo cual implicará mayor consumo de petróleo y otros combustibles fósiles, como el carbón y el gas, y el inevitable agotamiento de las reservas, lo que también favorecerá el incremento del consumo de energías de fuentes renovables (eólica, solar, geotérmica, etc.).

1850

500

400

300

200

100

0

1900 1950 2000

Biomasa

Carbón

Petróleo

Máquina de vapor

Motor eléctrico

Motor de gasolina

Tubo al vacío

Televisión

Aviación comercial

Energía nuclear

Microchip

Gas

Nuclear

Renovable

Carbón

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En relación al concepto de acceso total a la energía, el Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de las Naciones Unidas (DAES/NU) define este concepto como la energía que debería contar la población para actividades mínimas que les garantice una supervivencia digna.

El acceso a modernas formas de energía es esencial para el aprovisionamiento de agua, saneamiento y cuidado de la salud de la población, y brinda beneficios para el desarrollo mediante la provisión de servicios eficientes y confiables, como luz, calefacción, cocina, energía mecánica, transporte y telecomunicaciones.

Se puede afirmar que existe acceso total a la energía cuando hay disponibilidad y accesibilidad a ella. La disponibilidad se relaciona con la oferta de los diferentes tipos de energía que el usuario tiene a su alcance, y la accesibilidad es la capacidad del ciudadano para adquirir y hacer uso de la energía que tiene al alcance. En consecuencia, se puede afirmar que se tiene acceso total a la energía cuando se tiene la disponibilidad del servicio y la capacidad de adquisición, y ambos tienen que ser simultáneos, pues de otro modo no se lograría concretar el objetivo del acceso total a la energía.

La pregunta es de dónde saldrán los recursos para cubrir las necesidades energéticas mencionadas. La única respuesta real y factible, es el fomento del desarrollo sostenible a nivel mundial, sobre todo a nivel formativo desde la niñez.

En el informe elaborado en 1987 por la Comisión de Desarrollo y Medio Ambiente de las Naciones Unidas, presidida por la ex Primera Ministra noruega Gro H. Brundtland, se definió como Desarrollo Sostenible: “aquel que satisface nuestras necesidades actuales sin poner en peligro la capacidad de las futuras generaciones a satisfacer las suyas”. Este concepto se basa en que el uso intensivo e ineficiente de la energía es un acto egoísta, porque se está gastando lo que le pertenece a las generaciones futuras y, por otro lado, las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) que se generan, están dañando el ambiente y amenazando la vida en el planeta con consecuencias que afectan a toda la humanidad. El desarrollo sostenible está relacionado con la solidaridad intergeneracional y, por extensión, con la solidaridad con los países menos desarrollados, ya que este modelo de desarrollo no admite que en un mundo globalizado haya diferencias de calidad de vida por desequilibrios en la utilización de los recursos.

Todos somos conscientes de que la energía es el motor fundamental para el desarrollo económico y social de la humanidad. No se concibe desarrollo sin energía; sin embargo, su uso intensivo viene ejerciendo una presión cada vez mayor sobre los recursos y el ambiente. Por ello, una de las soluciones es que se continúen desarrollando fuentes de energía que aseguren una provisión de energía permanente, de pequeño impacto ambiental y de costo aceptable.

La otra solución, sobre la que hay un consenso mundial, es que se puede seguir obteniendo la misma cantidad de productos y servicios y tener la misma comodidad, consumiendo menos energía, mediante la implementación de programas de eficiencia energética, que no solo deben tener como objetivo reemplazar equipos ineficientes, sino fundamentalmente, trabajar intensamente en la educación de los niños y las niñas para que las nuevas generaciones tengan buenos hábitos de consumo y sean racionales y responsables en el uso y consumo de los recursos energéticos.

La presente guía contiene los elementos necesarios para que los docentes orienten a los estudiantes, de tal manera que al terminar la etapa escolar conozcan y sepan qué hacer y cómo actuar en el uso eficiente de la energía en su vida futura, y así garantizar una supervivencia con una calidad de vida adecuada y asegurar la de las generaciones venideras.