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NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
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NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Dr. Juan Carlos Sánchez M.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Evolución de la Producción Mundial de Energía
Maquinade vapor
Motoreléctrico
Motor a gasolina
Tubo devacío
Televisión
AviaciónComercial
Energíanuclear
Microchip
Prod
ucci
ón d
e En
ergí
a (E
J)
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Gas 23
Renovables 7
Carbon 26Nuclear 6
Petroleo 38
0
20
40
60
80
100 Eólica 2%
Hidro 45%
Geot. 5%
Biomasa 47%
Solar 1%
DISTRIBUCION (%) DEL CONSUMO MUNDIALDE ENERGIA 2006
LOS COMBUSTIBLES FOSILES DOMINAN ELMERCADOS ENERGETICO MUNDIAL
FUENTE: Agencia Internacional de Energía. 2007
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Petróleoutilizado
acumulado
Petróleoconvencional
remanente
Petróleo no convencionaldifícil de extraer, muycontaminante y caro
Carbón
* Billones de barriles equivalentes
No nos estamos quedando sin combustibles fósiles…sino sin atmosfera para descargar las emisiones
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Consumo humano anualmundial de energía
FUENTE: AIE
La Energía Solar podría proveer en una hora la energía que es consumida por todas las actividadeshumanas en un año.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Rol de algunas Tecnologías Energéticas en la Mitigación del Cambio Climático
Emisiones de GEIa la atmosferaE
mis
ione
s (m
illón
de
T C
O2/
año)
Conservación yeficiencia energética
Energías renovables
Nuclear
Sustitución del carbónpor gas
Secuestro del CO2
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
LAS FUENTES RENOVABLES COMIENZANA REPUNTAR.
Aumento de la Generación Eléctricacon Fuentes Renovables en California
MW
Estimado 2009: 3.000 MW Solar y EólicaEstimado 2010: 20.000 MW Solar y Eólica
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar Térmica
• 100% de la radiación de onda corta (0,3 – 3 µm) es absorbida.
• solo un pequeño % de la radiación de onda larga(3 -100 µm) es emitida.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar Térmica
COLECTOR DE PLACAS PLANAS
Radiación solar
Reflexión
Absorción
Radiación
Perdida de Calor
Conducción
Calorútil
RadiaciónSolarincidente
Reflexión Convección
Radiación
Conducción
Calorútil
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar Térmica
LOS SISTEMAS DE TUBERIASTIENEN MENOS PERDIDAS DECALOR QUE LOS SISTEMAS
PLANOS
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Colectores Parabólicos
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar Térmica
Vidrio Tuberíaoscura
AceiteVacío
Colectores Parabólicos
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar Térmica
CONCENTRADORESPUNTUALES
APLICACIONES:• ELECTRICIDAD• PRODUCTOS QUIMICOS• METALES• DESALINIZACION DE AGUA• HIDROGENO (TERMOLISIS DEL AGUA)
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar Térmica
CAPACIDAD TOTAL DE CALENTADORES SOLARES DE AGUA. 2007.
Calentadores sin vidrio Placas Tubulares
Placas33%
De aire1%Calentadores sin
vidrio 19%
De tubos47%
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar Fotovoltaica
LUZSOLAR
SILICIO TIPO P
SILICIO TIPO N
CONTACTO
electrones
“huecos”
fotón
CORRIENTE
CARGA
Cuando la luz solar incide en la lamina de silicio, los fotones son absorbidos. La energía de los fotones es transferida al semi-conductor, liberando un flujo de electrones, que genera la electricidad.
Utilizan celdas fotovoltaicas:laminas delgadas (0,2 a 0,4 mm)de cristal de silicio, con la superficiesuperior dopada con fósforo, paraproducir electrones móviles, y lainferior dopada con boro, para producir espacios para los electrones o “huecos”
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar Fotovoltaica
Los sistemas fotovoltaicos requieren de un reguladorde carga para proteger lasbaterías y de un inversorpara convertir la corrientecontinua en alterna.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar FotovoltaicaNuevos Desarrollos
Celdas de láminas muy finas obtenidas por deposición de una o más capas de material fotovoltaico (10 nanómetros a 10 micras), sobre un sustrato.
Tipo de Celda ω ωmax
Convencional (cristal de Si) c-Si 12 - 15% 24%
Teluro de Cadmio CdTe 8 - 10% 16%
Seleniuro de Cobre, Indio y Galio CIS o CIGS 10 - 11% 18%
Celdas muy finas de Silicio TF-Si 6 - 8% 13%
Tintas Fotovoltaicas DSC - 11%
Celdas Solares Orgánicas Orgánicas - 5%
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
CdTe
CIS
c-Si
TF-Si
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Sistemas de Energía Solar FotovoltaicaSistemas de Energía Solar Fotovoltaica
Las tintas fotovoltaicas a base de dióxido de titanio, una tecnologíareciente que permitirá bajar el costode fabricación de las celdas.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Producción Mundial de Energía Fotovoltaica
Ener
gía
PV M
undi
al In
stal
ada
(MW
)
Alemania, Japón y USA poseen el 70% de la capacidad mundial instalada, y 63% de la producción.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Evolución del Costo y Penetración de Mercado de Sistemas Fotovoltaicos
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía Solar
Limitaciones– Densidad energética (exergía) relativamente baja– Limitada geográficamente a ciertos sitios– Impacto ambiental de algunos sistemas– Intermitencia– Costo elevado (especialmente la fotovoltaica)
Opciones– Suministro de calor a hogares e industrias (40% de la
demanda mundial de energía es en forma de calor)– Generación de electricidad– ¿Producción de hidrogeno? A futuro.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía EólicaCAPACIDAD INSTALADA 2007
• 86% de la capacidad esta en 10 países• la tasa de crecimiento desde 2001 es 20 – 30% anual
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía Eólica
la tasa de crecimiento desde 2001 es 20 – 30% anual
La capacidad instalada se expande de forma acelerada.
ANUAL
ACUMULADA
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
DIA
ME
TRO
DEL
RO
TOR
(m)
Las turbinas son cada vez mas grandes.
Energía Eólica
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía Eólica
Direccióndel Viento
Inclinación
Eje de bajaVelocidad
Freno
Engranajes
Generador
Controlador Anemómetro
GóndolaEje de alta Velocidad
Aspas Torre
Veleta
Rotor
Sistema deOrientación
Motor
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Caja de Engranajes
Sistema deOrientación
Fuente: Rexroth Bosch Group
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía EólicaAnálisis de Exergía
Ener
gía
ciné
tica
del v
ient
oCalor
Calor
Calor
Electricidad
Rotor Engranajes Generador
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Costo de la Energía Eólica en USA
Costo de la Energía y Velocidad del Viento
Cos
to d
e la
elec
tric
idad
Velocidad del Viento
Los costos comienzan a ser competitivos con la generacióntermo-eléctrica en países desarrollados.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía Eólica
VENTAJAS
• No genera CO2. Una instalaciónde 1 MW en operación ahorra laemisión de 3.900 ton.
• Instalación relativamente rápidaen áreas remotas.
• Posibilidad de reubicación delos aerogeneradores.
DESVENTAJAS
• Ruido proveniente del giro delos engranajes y del choque delas aspas con el viento.
• Deterioro del paisaje
• Amenaza para las aves estimadaen 20 aves/turbina/año por unaONG vs. 0,36 aves/turbina/añopor un fabricante.
• Peso y dimensiones de losequipos dificulta el transporte
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía Mareomotriz
Las mareas son producto del campo gravitatorio lunar (no es E. solar)La energía se genera aprovechando la diferencia de cotasentre la marea baja y la marea alta
La Rance, Francia (1966) 240 MW
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía Mareomotriz
Estas instalaciones se construyen en una bahía, que se cierra como una presa, las compuertas se abren con la marea entrante, y cuando baja la marea se hace circularel agua por una turbina.
Compuertasdeslizantes
Marea alta
Bahía
Marea baja
Mar
Presa
Estuario
Su impacto ambientales similar al de las represas hidroeléctricas
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Corriente Marinas
Paralelismo con la E. Eólica
La mayor densidad del agua hace que solo se necesite el 10%de la velocidad del aire para obtener la misma energía.
Su desventaja es estar limitadaa sitios específicos en la costa donde la velocidad y direcciónde la corriente es optima.
Turbina marina de Seagen de 1,2 MWen periodo de pruebas en Irlanda
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Energía de Olas
El aire esempujado hacia laturbina
Nivel mediodel mar
El aire estraídohacia laturbina
Nivel mediodel mar
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Captación y Secuestro del CO2
Pozo petroleroagotado
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Captación y Secuestro del CO2
La tecnología debe permitirevitar las posibles fugas deCO2
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO Proyectos
Captación y Secuestro del CO2
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Escenario de Distribución Futuradel Consumo de Combustibles
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Tecnologías en desarrollo de Vehículos de propulsión avanzada
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
El Vehiculo HibridoEl Vehiculo Hibrido
Motor decombustióninterna
Transmisión delantera
BateríasPartes electrónicas de potencia
Transmisión trasera
Motor eléctricoDiferencial
Diferencial
El Carro Hibrido consume 50% menos gasolina con respecto a un carro convencional
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Vehiculo hibrido que puede cargarseen la red eléctrica
El Vehiculo Hibrido Plug-in
Es una variante:
• batería mas grande,autonomía 35-100 Km.
• se carga en una tomaconvencional de 120 V
• es posible convertir unhibrido convencionalen un hibrido “plug-in”
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Freno Regenerativo de vehículos híbridos
Baterías MotorEnergíaCinética
Flujo de Energía en aceleración: Energía
K e =½* M * V2
FrenoPerdidaCalor
Flujo de Energía en freno tradicional
EnergíaCinética
Motor
Flujo de Energía en freno regenerativo
BateríasEnergíaCinética
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Batería de Ion LitioBatería de Ion Litio
Cargando Descargando
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Expectativas de aumento del consumode Litio a escala mundial
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Uyuni: 116 mill. Ton de litio,Explotables: 46,5 mill. Ton.Precio actual: $ 6.000/Ton.
Bolivia posee grandes reservasde litio al igual que Argentina yChile, pero a diferencia de estospaíses, no posee conocimientosni infraestructura para explotarlo.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Los Bio-combustiblesLos Bio-combustibles
El etanol se utiliza mezclado (10%) con la gasolina en todo tipo de vehiculo automotor a gasolina. El uso de etanol puro es posible solo en vehículos especialmente diseñados, llamados “flex fuel”
BIOETANOL
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
• Ocupación de amplias extensiones de terrenos
• Conflictos con la producción de alimentos: aumento deprecios y desabastecimiento
• Requiere un extenso uso de agroquímicos: riesgosde contaminación de aguas y del suelo
• Requiere de grandes cantidades de agua para riego
Problemas de los Biocombustibles
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
La reducción de emisiones de CO2 de los biocombustibles se debe a la absorción durante el crecimiento del cultivo. Esta reducción es limitada por los gases emitidos durante el proceso de producción.
Sources: Adapted from NRDC: “Getting Biofuels Right”;http://www.nrdc.org/air/transportation/biofuels/right.pdf. Wang et al., 2008.
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
• Actualmente se producen Bio-combustibles en al menos 12 paísesde la región
• Brasil es el 1er productor, y 2do en el mundo después de USA.
• Algunos países centroamericanos y caribeños importan etanol hidratado para su procesamiento y exportación.
• Muchos países adelantan planes paraproducir o incrementar la producciónpara el uso interno o exportación.
Guatemala
Honduras
Argentina
Brazil
Bolivia
Colombia
Ecuador
Mexico
Peru
Paraguay
Costa Rica
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Pre-tratamientoQuímico yMecánico
Adición de Enzimas
HidrólisisEnzimática
Separación deazucares de
la lignina
Fermentacióndel Etanol
Destilación
EtanolCelulósico
Bio-Etanol fabricado a partir de desechos agrícolaspor Hidrólisis enzimática
El Etanol Celulósico o de 2da generación
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
El futuro energético de Venezuela debe incorporar a las energías renovables y el uso eficiente por diversas razones:
– Reducción de los impactos previsibles, ambientales y de salud.
– Reducir el incremento de las emisiones de gases de invernadero
– Liberar líquidos para la exportación
Juan Carlos Sanchez M.
NUEVAS TECNOLOGIAS PARA ENFRENTAR EL CAMBIO CLIMATICO
Aun cuando se adopte un política nacional, no será fácil.Existen barreras:
– falta de información, conocimiento y capacitación entecnologías limpias.
– el elevado costo de inversión de las tecnologías.
– escasa cultura de mantenimiento.
– subsidio a los combustibles.
– no inclusión del costo ambiental en el precio de la energía.
– patrones y hábitos de consumo influidos por ideas deprestigio social, que llevan al consumismo.
– insuficiencia y limitada calidaddel transporte publico.