TECNOLOGIA DE TECNOLOGIA DE ENERGIAS ENERGIAS

ALTERNATIVASALTERNATIVAS

M. S. DRESSELHAUSM. S. DRESSELHAUS

I.L. THOMASI.L. THOMAS

Los modernos modos de vivir exigen un Los modernos modos de vivir exigen un suministro estable y confiable de energía.suministro estable y confiable de energía.

FUENTES DE ENERGIAFUENTES DE ENERGIA El primero proviene de la El primero proviene de la

energía química o fotofísica energía química o fotofísica que depende de la oxidación que depende de la oxidación de alguna sustancia reducida, de alguna sustancia reducida, por lo general un por lo general un hidrocarburo, o la absorción hidrocarburo, o la absorción de la luz del sol para generar de la luz del sol para generar calor o electricidad calor o electricidad

El segundo implica El segundo implica reacciones nucleares que reacciones nucleares que liberan la energía liberan la energía

La tercera es la La tercera es la termomecánica por medio del termomecánica por medio del viento, el agua, o las fuentes viento, el agua, o las fuentes geológicas de vapor de agua.geológicas de vapor de agua.

PROBLEMASPROBLEMAS Cualquier proceso que usa combustibles fósiles Cualquier proceso que usa combustibles fósiles

produce el dióxido de carbono, y quizás también produce el dióxido de carbono, y quizás también otros contaminantes. otros contaminantes.

Los reactores nucleares producen productos de Los reactores nucleares producen productos de fisión radiactivos. fisión radiactivos.

Las centrales hidroeléctricas requieren presas y Las centrales hidroeléctricas requieren presas y lagos grandes. lagos grandes.

La energía solar y la energía eólica requieren La energía solar y la energía eólica requieren áreas grandes y son limitadas geográficamente. áreas grandes y son limitadas geográficamente.

Fuentes geotérmicas son limitadas con muy Fuentes geotérmicas son limitadas con muy pocas ubicaciones geográficas. pocas ubicaciones geográficas.

Para usar fuentes renovables con eficacia, los Para usar fuentes renovables con eficacia, los modos confiables de almacenar la energía son modos confiables de almacenar la energía son necesarios. necesarios.

almacenaje de hidrógenoalmacenaje de hidrógeno pilas recargables pilas recargables superconductividad de alta temperatura superconductividad de alta temperatura

La seguridad de energía de futuras generaciones La seguridad de energía de futuras generaciones no sólo dependerá de soluciones alcanzables no sólo dependerá de soluciones alcanzables aceptables científicas y tecnológicas, pero aceptables científicas y tecnológicas, pero también requerirá la cooperación internacional también requerirá la cooperación internacional sobre la política para asegurar la prosperidad sobre la política para asegurar la prosperidad continua y la seguridad de nuestro ambiente. continua y la seguridad de nuestro ambiente.

ENERGIA FOSILENERGIA FOSIL

Aunque los suministros son limitados, en la Aunque los suministros son limitados, en la actualidad no hay escasez de combustibles actualidad no hay escasez de combustibles fósiles.fósiles.

Las Las reservasreservas mundiales de combustible son: mundiales de combustible son:PetroleoPetroleo alrededor de 1.6x10 ^14 barriles alrededor de 1.6x10 ^14 barriles

Consumo de 1.2x10^10 barriles por díaConsumo de 1.2x10^10 barriles por día

Gas naturalGas natural 1.4x10^14 m3 1.4x10^14 m3

Consumo de 2.4x10^12 m3 por añoConsumo de 2.4x10^12 m3 por año

Carbón Carbón 9.1x10^11 toneladas9.1x10^11 toneladas

Consumo es de 4.5x109 toneladas por añoConsumo es de 4.5x109 toneladas por año

Los problemas con Los problemas con combustibles fósiles son:combustibles fósiles son:

la distribución la distribución la recuperaciónla recuperación

Para cada uno de los tipos de Para cada uno de los tipos de combustible. combustible.

Después de la recuperación Después de la recuperación primaria y la inyección de primaria y la inyección de agua, la mayor parte del agua, la mayor parte del aceite es dejado como gotas aceite es dejado como gotas del aceite del aceite

Minas de carbón subterráneas tienen que Minas de carbón subterráneas tienen que dejar grandes cantidades de carbón dejar grandes cantidades de carbón como estructura de apoyo.como estructura de apoyo.

El gas es difícil de transportar excepto por El gas es difícil de transportar excepto por tuberías, y las tuberías no son viables a tuberías, y las tuberías no son viables a través de océanos.través de océanos.

La dificultad principal con combustibles La dificultad principal con combustibles fósiles es que ellos todos producen COfósiles es que ellos todos producen CO22

Es posible almacenarlo como gas o en la Es posible almacenarlo como gas o en la solución subterránea en el océano solución subterránea en el océano profundo con alto costo.profundo con alto costo.

dinero dinero energíaenergía

Coches eléctricos representan un acercamiento Coches eléctricos representan un acercamiento a reducir emisiones contaminantes.a reducir emisiones contaminantes.

El problema con coches eléctricos es el El problema con coches eléctricos es el almacenaje de energía. almacenaje de energía.

Poca energía.Poca energía. Recargado es lentoRecargado es lento Tiempo de duración.Tiempo de duración. Pueden ser muy dañinos.Pueden ser muy dañinos.

ENERGIA NUCLEARENERGIA NUCLEAR En los Estados Unidos, energía En los Estados Unidos, energía

nuclear de fisión es una fuente nuclear de fisión es una fuente de energía práctica.de energía práctica.

no emite CO2no emite CO2 La energía nuclear proporciona una La energía nuclear proporciona una

fuente idealfuente ideal Pero la población presenta Pero la población presenta

temor temor Pocas centrales nucleares han Pocas centrales nucleares han

sido construidas por todo el sido construidas por todo el mundo en años recientes. Los mundo en años recientes. Los reactores tienen que ser hechos reactores tienen que ser hechos como una caja fuerte.como una caja fuerte.

El problema de la disposición de El problema de la disposición de desechos nucleares debe ser desechos nucleares debe ser solucionado. solucionado.

La fusión es otro proceso La fusión es otro proceso nuclear que, en principio, nuclear que, en principio, podría proporcionar el poder podría proporcionar el poder esencialmente ilimitado.esencialmente ilimitado.

El Sol demuestra aquellos El Sol demuestra aquellos trabajos de fusión, pero el trabajos de fusión, pero el problema de la ingeniería es problema de la ingeniería es generar temperaturas tan generar temperaturas tan altas, aún no ha sido altas, aún no ha sido solucionado sobre la Tierra. solucionado sobre la Tierra.

Muchos problemas surgen Muchos problemas surgen debido al daño de radiación, debido al daño de radiación, sobre todo a los materiales sobre todo a los materiales expuestos al plasma enérgico. expuestos al plasma enérgico.

FUENTES DE ENERGIA FUENTES DE ENERGIA ALTERNATIVAALTERNATIVA

Energía fósilEnergía fósilMenos disponiblesMenos disponiblesMas carosMas carosAumento de interés Aumento de interés

ambiental de la población.ambiental de la población.

Sol como fuente de energía Sol como fuente de energía mas obviomas obvio

Energía solarEnergía solar CalefacciónCalefacción IluminaciónIluminación almacenado para proporcionar almacenado para proporcionar

energía a turbinasenergía a turbinasDesventajas Desventajas Bajo poder de conversión de Bajo poder de conversión de

energía solar a eléctricaenergía solar a eléctrica Luz varia con el díaLuz varia con el día Condiciones meteorológicas.Condiciones meteorológicas. InvestigaciónInvestigaciónMejoramiento de materiales y su Mejoramiento de materiales y su

funcionamiento.funcionamiento.

Uso de Uso de semiconductores semiconductores para alcanzar una para alcanzar una capacidad de capacidad de conversión del conversión del mas de 30%mas de 30%

Unión de materiales Unión de materiales sólidossólidos

Películas de Películas de nanocristalesnanocristales

Conducción por Conducción por nanotubos de nanotubos de polímetrospolímetros

Energía químicaEnergía químicaLas reacciones principales son Las reacciones principales son

las que implica la oxidación las que implica la oxidación de CO y Hde CO y H22

Celdas de combustible que Celdas de combustible que consiste en un ánodo, consiste en un ánodo, cátodo y un electrolito.cátodo y un electrolito.

Han sido usadas con éxito en Han sido usadas con éxito en misiones espaciales misiones espaciales durando mas de 40 años.durando mas de 40 años.

Debido al alto costo no se Debido al alto costo no se usan en la tierra.usan en la tierra.

El hidrógeno es atractivo El hidrógeno es atractivo como un combustible como un combustible porque su producto de porque su producto de oxidación (el agua) es oxidación (el agua) es ecológicamente benigno, ecológicamente benigno, es de peso ligero y es es de peso ligero y es sumamente abundante.sumamente abundante.

Producción fotoquímica de Producción fotoquímica de hidrógeno, usando la luz hidrógeno, usando la luz del sol para disociar el del sol para disociar el agua.agua.

También en la También en la consideración son consideración son senderos microbianos senderos microbianos para la producción de para la producción de hidrógeno.hidrógeno.

AlmacenajeAlmacenajeHidruros metálicos son los materiales más Hidruros metálicos son los materiales más

prometedores para el almacenaje de prometedores para el almacenaje de hidrógeno.hidrógeno.

investigación de materiales obtener la investigación de materiales obtener la liberación controlada de hidrógeno en las liberación controlada de hidrógeno en las condiciones prácticas de temperatura y condiciones prácticas de temperatura y presión, y el relleno de hidrógeno.presión, y el relleno de hidrógeno.

Tres áreas de oportunidad para la energía Tres áreas de oportunidad para la energía alternativa alternativa

los avances en materiales los avances en materiales nanoestrcturados nanoestrcturados

Técnicas de caracterización ayudan a Técnicas de caracterización ayudan a identificar problemas de materiales en un identificar problemas de materiales en un formato que permite a la evaluación rápida formato que permite a la evaluación rápida de soluciones posibles de soluciones posibles

simulación avanzada que modele para un simulación avanzada que modele para un progreso rápido en inspección de las progreso rápido en inspección de las nuevas combinaciones de materialesnuevas combinaciones de materiales

Para conseguir lo mejor de cualquier Para conseguir lo mejor de cualquier tecnología de energía alterna.tecnología de energía alterna.

almacenaje de energía y la transmisión de almacenaje de energía y la transmisión de energía. energía.

Los superconductores seriamente están Los superconductores seriamente están siendo considerados para ambos papeles. siendo considerados para ambos papeles.

INVESTIGACION Y POLITICAINVESTIGACION Y POLITICA Existe una carencia de apreciación pública de las Existe una carencia de apreciación pública de las

dificultades científicas y tecnológicas una ves dificultades científicas y tecnológicas una ves que el suministro fósil se agote.que el suministro fósil se agote.

Aumento en investigación de la física, química, Aumento en investigación de la física, química, biología e ingeniería.biología e ingeniería.

Para reciclar CO2, y esta conversión debe ser Para reciclar CO2, y esta conversión debe ser hecha de manera muy eficiente (naturaleza)hecha de manera muy eficiente (naturaleza)

Fabricación de las mejoras sustanciales de los Fabricación de las mejoras sustanciales de los materiales que son necesarios para aumentar la materiales que son necesarios para aumentar la eficacia en la generación, la conversión, la eficacia en la generación, la conversión, la transmisión y el empleo de energía.transmisión y el empleo de energía.

Estos problemas difíciles científicos Estos problemas difíciles científicos y tecnológicos implican la ciencia y tecnológicos implican la ciencia política. política.

Como la energía juega un papel tan Como la energía juega un papel tan vital en la sociedad, es importante vital en la sociedad, es importante que la política, la ciencia y la que la política, la ciencia y la tecnología trabajen juntos tecnología trabajen juntos armoniosamente; problemas de armoniosamente; problemas de seguridad de energía globales no seguridad de energía globales no pueden ser solucionados si los tres pueden ser solucionados si los tres componentes trabajan por su parte.componentes trabajan por su parte.

La política determina que es La política determina que es aceptable, la ciencia muestra que aceptable, la ciencia muestra que puede ser posible, y la tecnología puede ser posible, y la tecnología demuestra lo que, dentro de demuestra lo que, dentro de coacciones aceptables, es coacciones aceptables, es practicable practicable