7

c3p G05

ENERGÍA Y CAMBIO CLIMATICO. Rafael Almanza Salgado Instituto de Ingeniería

Universidad Nacional Autónoma de México

Resumen En los modelos de la elevación de la temperatura de la tierra bajo los diferentes escenarios discutidos en el 2007, se predice una elevación de la temperatura promedio de la superficie del planeta entre 1.4 y 5.8 grados para el año 2100, lo que podría ser devastador. Los glaciares de los Andes, que suministran agua potable al formar ríos y sirven como fuente de riego, están desapareciendo y van a desaparecer. El deshielo de las masas polares, asimismo, provocará el aumento del nivel del mar, lo cual eventualmente podría poner en riesgo a países enteros, como Holanda y Bangladés. Los gases de efecto invernadero absorben la radiación infrarroja emitida por la superficie de la Tierra, por la propia atmósfera y por las nubes. Gases integrantes de la atmósfera, de origen natural y antropogénico, que absorben y emiten radiación en determinadas longitudes de onda del espectro de radiación infrarroja emitido por la superficie de la Tierra, la atmósfera y las nubes. Esta propiedad causa el efecto invernadero. El vapor de agua (H20), dióxido de carbono (CO2), óxido nitroso (N20) 1 metano (CH4), y ozono (03 ) son los principales gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre. Los países

del Protocolo de Kioto, acordaron la reducción de sus emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, metano, óxido nifroso, hidrofluorocarbonos, perfluorocarbonos, y hexafluoruro de azufre) en al menos un 5 por ciento por debajo de los niveles en 1990 durante el período de compromiso de 2008 al 2012. El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005, después de ser ratificado por el gobierno de Rusia, que consiguió que la Unión Europea pagara la reconversión industrial y la modernización de las instalaciones petroleras de esa república de la vieja URSS. Por lo que respecta al crecimiento en energía primaria hasta 2005, Asia acaparó casi las tres cuartas partes del crecimiento a lo largo del 2005, siendo China la de más alto crecimiento con aproximadamente la mitad. En la década pasada, el gas natural y el carbón han aumentado su participación considerablemente. Sin embargo en el consumo actual de energía los mayores consumidores de energía son Norteamérica, Europa y los países ubicados en Asia-Pacífico. Bajo las consideraciones anteriores se presentan diferentes opciones de las energías renovables, principalmente la solar. Estas deben acelerar su desarrollo con el fin de empezar a mitigar el efecto de invernadero. Un aspecto muy importante a considerar son los sistemas híbridos fuentes convencionales-fuentes renovables.

1. INTRODUCCION

El clima esta cambiando principalmente por el CO2 y otros gases de efecto invernadero debido a las actividades humanas, principalmente combustión de combustibles fósiles y la deforestación. Estos gases permanecen en la atmósfera por varias décadas y atrapan el calor del Sol formándose un efecto de invernadero. El ultimo informe IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) de Naciones Unidas publicado en febrero del 2007, que es el mejor documento hasta la fecha relacionado con el calentamiento global, afirma que la temperatura global se ha elevado por 0.76°C en los últimos 100 años. Este predice una elevación de la temperatura

promedio de la superficie del planeta entre 1.4 y 5.8 grados para el año 2100. Ello podría ser devastador. Los glaciares de los Andes, que suministran agua potable al formar ríos que sirven como fuente de riego, están desapareciendo y van a desaparecer. El deshielo de las masas polares, asimismo, provocará el aumento del nivel del mar, lo cual eventualmente podría poner en riesgo a países enteros, como Holanda y Bangladés. No son suposiciones sin fundamento. Se predice que en 2080 habrá una grave escasez de agua en China y Australia. La corriente del Golfo, que calienta el norte de Europa, podría ser interrumpida si cambia la salinidad del agua del Atlántico. Se debe tener en cuenta que la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (IPCC), en su Artículo 1, define 'cambio climático' como: 'un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables'. La IPCC distingue entre 'cambio climático' atribuido a actividades humanas que alteran la composición atmosférica y 'variabilidad climática' atribuida a causas naturales. Los gases de efecto invernadero absorben la radiación infrarroja, emitida por la superficie de la Tierra, por la propia atmósfera debido a los mismos gases, y por las nubes. La radiación atmosférica se emite en todos los sentidos, incluso hacia la superficie terrestre. Los gases de efecto invernadero atrapan el calor dentro del sistema de la troposfera terrestre. A esto se le denomina 'efecto invernadero natural.' La radiación atmosférica se vincula en gran medida a la temperatura del nivel al que se emite. En la troposfera, la temperatura disminuye generalmente con la altura, de modo que la radiación infrarroja emitida al espacio se origina en altitud con una temperatura que tiene una media de -19°C, en equilibrio con la irradiancia solar neta de entrada, mientras que la superficie terrestre tiene una temperatura media mucho mayor, de unos +14°C. Un aumento en la concentración de gases de efecto invernadero produce un aumento de la opacidad infrarroja de la atmósfera, y por lo tanto, una radiación efectiva en el espacio desde una altitud mayor a una temperatura más baja. Esto causa un forzamiento radiativo, es decir el cambio del flujo neto de calor (diferencia entre la radiación solar entrante y la radiación infrarroja saliente) generando un desequilibrio que sólo puede ser compensado con un aumento de la temperatura del sistema superficie - troposfera. A esto se denornina 'efecto invernadero aumentado' Gases integrantes de la atmósfera, de origen natural y antropogénico, tales como el vapor de agua (H20), dióxido de carbono (CO2), óxido nitroso (N20), metano (CH4), y ozono (0 3) son los principales gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre. Además existe en la atmósfera una serie de gases de efecto invernadero totalmente producidos por el hombre, como los halocarbonos y otras sustancias que contienen cloro y bromo, de las que se ocupa el Protocolo de Montreal. Además del CO2, N20, y CH4, el Protocolo de Kioto aborda otros gases de efecto invernadero, como el hexafluoruro de azufre (SF6), los hidrofluorocarbonos (HFC), y los perfluorocarbonos (PFC).

2. PROTOCOLO DE KIOTO

El Protocolo de Kioto dentro de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMCC) se generó en el tercer periodo de sesiones de la Conferencia de las Partes de la CMCC en 1997 en Kioto, Japón. Contiene unos compromisos legales vinculantes, además de los incluidos en la CMCC. Los países del Protocolo, la

mayoría de los países en la Organización de Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE), y los países con economías en transición, acordaron la reducción de sus emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, hidrofluorocarbonos, perfluorocarbonos, y hexafluoruro de azufre) en al menos un 5 por ciento por debajo de los niveles en 1990 durante el período de compromiso de 2008 al 2012. El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005, después de ser ratificado por el gobierno de Rusia, quien consiguió que la Unión Europea pagara la reconversión industrial y la modernización de las instalaciones petroleras de esa república de la antigua URSS. La suerte del acuerdo ha sido desde entonces azarosa. Estados Unidos firmó el acuerdo, pero no lo ratificó: ni el gobierno de Clinton ni el de Bush, quién de hecho retiró a su país del Protocolo de Kioto con el argumento de que excluye de sus restricciones a algunos de los mayores emisores de gases entre los países en vías de desarrollo, como China. Actualmente lo han firmado la mayoría de las naciones.

Hasta ahora el protocolo de Kioto ha sido ratificado por 8 países. Sin embargo algunos de las naciones que emiten más gases de invernadero no se vieron obligados por lo menos hasta el 2012 (China, Brasil, India, México) o no lo ratificaron (EUA). México es el noveno gran emisor de CO2 en el mundo con una participación de 1.5% de emisiones de gases de invernadero.

3. ESCENARIO DE EMISIONES

En una representación plausible de la evolución futura de las emisiones de sustancias que son, en potencia, radiativamente activas (por ejemplo, gases de efecto invernadero o aerosoles), están involucradas un conjunto de hipótesis coherentes e internamente consistentes sobre las fuerzas impulsoras de este fenómeno (tales como el desarrollo demográfico y socioeconómico, y el cambio tecnológico) así como sus relaciones clave, dan lugar a los escenarios de concentraciones, derivados a partir de los escenarios de emisiones. Estos se utilizan como insumos en una simulación climática para calcular proyecciones. En IPCC (1992), se utilizaron un conjunto de escenarios de emisiones como base para las proyecciones climáticas en IPCC (1996). Estos escenarios de emisiones se refieren a los escenarios 1S92. En el Informe Especial del IPCC: Escenarios de Emisiones (Nakicenovic et al., 2000), se publicaron nuevos escenarios de emisiones, los llamados Escenarios del IEEE.

3.1 Escenarios del IEEE Los Escenarios del IEEE son escenarios de emisiones desarrollados por Nakicenovic et al. (2000) y utilizados, entre otros, como base para la realización de proyecciones climáticas en la contribución del GTI (Grupo de Trabajo 1) del IPCC al Tercer Informe de Evaluación (IPCC, 200 la). Los siguientes términos son de gran importancia para comprender adecuadamente la estructura y el uso del conjunto de Escenarios del IEEE:

Conjunto (de escenarios): Escenarios que tienen un guión semejante desde el punto de vista demográfico, económico, social y en cuanto a cambio técnico. Los escenarios del IEEE comprenden cuatro conjuntos de escenarios: Al, A2, Bi, y 132.

Grupo (de escenarios): Escenarios dentro de un conjunto que reflejan una variación constante del guión. El conjunto de los escenarios Al incluye cuatro grupos designados AlT, A1C, A1G, y A1B que exploran estructuras alternativas de sistemas energéticos futuros. En el Resumen para Responsables de Políticas de Nakicenovic et

al. (2000), los grupos A 1 C y AIG se han combinado en un grupo de escenarios AiF! 'que utiliza combustibles fósiles en gran medida'. Los otros tres conjuntos de escenarios tienen un grupo cada uno. La serie de escenarios del IEEE que se refleja en el Resumen para Responsables de Políticas de Nakicenovic et al. (2000) consiste en seis grupos de escenarios diferentes, todos ellos igualmente apropiados y que recogen de forma conjunta la gama de incertidumbres asociadas con los forzamientos impulsadores y las emisiones. Escenarios que son ilustrativos para cada uno de los seis grupos de escenarios reflejados en el Resumen para Responsables de Políticas de Nakicenovic et al. (2000). Incluyen cuatro marcadores de escenarios revisados para los grupos de escenarios A1B, A2, Bi, B2, y dos escenarios adicionales para los grupos AIF1 y AlT. Todos los grupos de escenarios son igualmente apropiados.

Marcador (de escenario): Escenario que se colocó originalmente, en forma de proyecto, en el sitio Web del IEEE para representar un determinado conjunto de escenarios. La elección de los marcadores estaba basada en las cuantificaciones iniciales que mejor reflejaban la historia y las características de las simulaciones específicas. Los marcadores no tienen un mayor grado de probabilidad que los demás escenarios, pero el equipo de redacción del IEEE los considera ilustrativos de un guión detenninado. Se incluyen en una forma revisada en Nakicenovic et al. (2000). Estos escenarios han sido objeto de un examen pormenorizado por parte de todo el equipo de redacción, además de un proceso amplio y abierto por parte del IEEE. Los escenarios también se utilizan para ilustrar los otros dos grupos de escenarios. Guión (de escenario): Descripción narrativa de un escenario (o conjunto de escenarios) que subraya las principales características del escenario, las relaciones entre las principales fuerzas impulsoras y la dinámica de su evolución.

En resumen los 4 principales escenarios son: Al: Este representa un mundo de crecimiento rápido con una adaptación rápida de tecnologías nuevas y eficientes.

A2: Este escenario considera un mundo muy heterogéneo con énfasis en los valores familiares y tradiciones locales. Bl: Este considera un mundo desmaterializado con una introducción de tecnologías limpias. B2: En éste existe un mundo con énfasis en soluciones locales para lograr una economía y un medio ambiente sostenibles.

En la figura 1 se muestran los modelos de la elevación en temperatura de la Tierra bajo los diferentes escenarios. Se predice una elevación promedio de la superficie del planeta entre 1.4 y 5.8 grados para el año 2100.

3.l.lEscenario de Referencia (World Energy Outlook 2006, 2007).

Usualmente se esta tomando un escenario para referenciar los otros. Éste se conoce como Escenario de Referencia y considera que la población global crecerá por 1% anual en promedio a partir de una estimación de 6.4 mil millones en 2004 a 8.1 mil millones en el 2030. La demanda en energía primaria se considera en un promedio de 3.4% anual para un periodo2004-2030, comparada con el 3.2% de 1980 al 2004. El precio del petróleo crudo de acuerdo con TEA se asume sobre US $ 60 por barril. A lo largo del 2007, bajando a $ 47 en el 2012 y volviendo a subir a $ 55 en el 2030. Por lo que

respecta al gas natural el panorama sería muy semejante al del petróleo. La demanda vapor-carbón de acuerdo a a! OECD, el precio se estabilizará en alrededor $55 por tonelada en los siguientes años, elevándose a $60 en el 2030. Pero en general se puede asumir que el suministro de energía y sus tecnologías serán más eficientes. Se excluyen del Escenario de Referencia las políticas la aceleración y el despegue de tecnologías más eficientes y más limpias. El concepto conocido corno GDP (gross domestic product) se asume que crezca 3.4% anual para el periodo 2004-2030 comparado con el 3.2% de 1980 al 2004.

o a, c ca r o a, = ca a, o. E a, 1-

Scenarios A1B AlT A1FI A2 El B2 31 - lS92a (TAR method)

2000 2020 2040 2060 2080 2100 Years

Al 1S92

Bars show the range ¡ri 2100 produced by several models

Figura 1. Elevación de la temperatura promedio bajo diferentes escenarios. (Climate Change 2007)

4 CAMBIO CLIMÁTICO

Se refiere a una importante variación estadística en un estado medio del clima o en su variabilidad, que persiste durante un período prolongado (normalmente decenios o incluso más). El cambio climático se puede deber a procesos naturales internos o a cambios del forzamiento externo, o bien a cambios persistentes antropogénicos en la composición de la atmósfera o en el uso de las tierras. Se debe tener en cuenta que la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMCC), en su Artículo 1, define 'cambio climático' como: 'un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables'. La CMCC distingue entre 'cambio climático' atribuido a actividades humanas que alteran la composición atmosférica y 'variabilidad climática' atribuida a causas naturales.

México es particularmente vulnerable al cambio climático debido a sus extensos litorales y a la alta concentración de actividad económica en estas zonas, incluyendo la producción de petróleo, pesca y turismo. Los eventos meteorológicos de mayor impacto serían los huracanes con las consecuentes inundaciones, así como las grandes sequías en el centro y norte del país.

4. ENERGÍA.

El crecimiento en energía primaria hasta 2005 se muestra en la fig.2. Asia acaparó casi las tres cuartas partes del crecimiento a lo largo del 2005, siendo China la de más alto crecimiento con aproximadamente la mitad. En la década pasada, el gas natural y el carbón han aumentado su participación considerablemente.

4.1 Petróleo, gas natural y carbón

En la Figura 3 se aprecia que el petróleo como la fuente primaria predominante. Esta fuente predomina en Norteamérica y ha aumentado su participación desde 1995, mientras que el gas es la fuente predominante en la antigua Unión Soviética y en Asia predomina el consumo de carbón.

World consurnptiori MIIor tonnes cii eQLi,

Figura 2. Consumo de energía primaria. (British Petroleum, 2006)

El crecimiento del consumo de petróleo fue de 1 millón de b/d en 2005 respecto a un promedio de los últimos 10 años. EUA, Alemania e India son los principales consumidores de petróleo (British Petroleum, 2006). Esto se presenta en la figura 4.

Por lo que respecta al gas natural, la figura 5 muestra que el consumo creció en cada región excepto en Norte América. El crecimiento global es muy semejante respecto al promedio en 10 años. China aumentó su consumo en 20%, mientras que el sureste de Europa también tuvo un crecimiento considerable.

O £l16&G1

OB H.g.. I4 •W Uyd

-

2 4.2.4

Figura 3. Consumo de las fuentes primarias en las diferentes regiones del planeta. (British Petroleum, 2006)

21 MiIon baroob 90

70

O Gi 01 8' 83 4.4 8' 88 07 0 88 00 01 92 02 104 95 90 07 09 90 00 04 3' 00 04 001

90,0505,., . ac.n Aro.1 Eoo.bEm,,. M i4.E............ 4.05,

04 0n04001p808 8804000 048w40 404 ooIlio.n b/d o 200' 0.4Içw 11.4 40.yoar awoae COno e0009ljrnpt,00 9ow1b d,Opped 040000 mlI.onbld 81200400200000042 402005 04400.0.441005444.0400.4 044104. 00000204 00000.40 010 01,0 24400.404.444 IndIa

Figura 4. Consumo de petróleo en el mundo. (British Petroleum, 2006)

Conoumption by ares Bilhon cubic rIrotros

- - ------- - --- - -----

2000

1500

100'

500

080 81 62 00 08 65 00 u? 00 9, 00)1 92 b 04 5' 00 07 04 0) 00 01 N2 XI 04 0011 14o,rh Arrr.rca Euc-p.&Euas, Pc Fr O ti

Natural 9as çonsurrrplion rawIn 0.11062 co u curo NcrtflAnrrna Glabal 0005r,rlptrco ço*thw u cl0a toril. JO-osar ausra, wrlhtha strcllgosiQroath rn Asia Chinas, eon,unrptron roca So orco. Iban 20% cruunrptso 9100006 was JIGO nlrcrrg lo smth4rn LuisA,

Figura 5. Consumo de gas natural por regiones en el mundo. (British Petroleum, 2006)

Production Consu80ption

Mrllion torriles OIl 0000001.02 Milliori OolitOs oil equival ent

1)00 1700

lIco 520

500 1500 -

8400 1400 -

370 - 040 -

8200 - 1200 -

1100 1100

000 F 1000

800 800

700 700

800

500 500 0

100

O SustO S.&Csr.s. Errcp,& ?irrcs 5 Ata 0 Scodr S&Conl. Esucçrs& AlocaS Sur. Ao.r ,o. Ar,r.ou. Error. 15 011o Ciii P.cOrs .Io,riris. A,.r.oc. Eaui.r. MiSul. EusI PacOro

ja 095 2005

Cual oras aoalntha woOds lactcut-grcwmnu lcd cccl global 000urrnrprion gruwtlr usas tulios tire 10-y,ar aueoag.. 656*16 w48 ConCOsOltatOd o COma 109.19,58 coi sonorosior uslns80 asooanlod 10100501410641 4100080 GrtO ¡1100 lIOoAwas alto ralatiu9ly ,10009

Figura 6. Producción-consumo de carbón. (British Petroleum, 2006)

En esta figura 6 se muestra la producción-consumo del carbón hasta el 2005. El carbón fue la fuente primaria de energía que creció más rápido en los últimos 10 años en promedio. El crecimiento fue concentrado principalmente en China, quién acaparó con

un 80% respecto del crecimiento global. En EUA, también el crecimiento fue importante.

S. EMISIONES DE CO2.

Las emisiones globales de CO2, principal contaminante a nivel mundial, se presenta en las figuras 7 y 8. En la primera, se nota el aumento en miles millones de toneladas de 2 en 1900 a 27 en el 2007. Por lo que respecta a México, en la figura 8 se presenta las emisiones en el periodo 1900 al 2004.

Global Emissions of CO2 frorn Fossil Fuels 30

25

820 /

15

o- -

1900 1910 1920 1930 1 940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Figura 7. Emisiones del CO 2 a nivel mundial (lEA, 2004) CAIT-WRI

120000

G i000i 0

a 60000

E

60000

e

o 40000 c o

1 20000 Ui

¼ ¼ ¼ ¼ ¼ ¼ ¼ 110 ¼ ¼ ¼ ¼ ¼ 011 ¼ 11,91 011 ¼

Year

CO, ems.swnsJrom Me.ico.

Figura 8. Emisiones de CO2 generadas en México para el periodo 1891-2004 (Energy Information Administration).

6. ENERGIAS RENOVABLES

Si no reducimos las emisiones de CO 2 para evitar el sobrecalentamiento (o al menos no seguir aumentándolo), entonces hay que reducir a toda costa las emisiones de gases de efecto invernadero. Dos ii,il millones de personas no tienen acceso a los servicios energéticos básicos y que al mismo tiempo, la utilización insustentable de la energía, está poniendo en peligro nuestra propia supervivencia colectiva. El cambio climático pone en serio peligro al propio desarrollo sustentable, frente a las consecuencias de este cambio y los menos capaces para hacerle frente. (Greenpeace, 2002). Las opciones energéticas que tomarán el mundo en los próximos 20 o más años, determinarán para el largo plazo, el rumbo de nuestro desarrollo colectivo. Algunos creen, que la búsqueda dé un alivio inmediato de la pobreza, lo que impone la renuncia implícita al uso de la energía renovable o de aparatos eficientes, pues califican estas energías como caras o 'elitistas'. Sin embargo en la mayoría de los casos, estos reproches son totalmente injustificados. Es más, a menudo los costos de proveer energía sustentable son menores, que los necesarios para extender la red eléctrica convencional, o la compra de combustibles fósiles, baterías o gasolina. Y esto sin considerar que cuando se comparan los costos de ambos tipos de energías no son incluidas las externalidades provocadas por las energías convencionales. A nivel local, la utilización de combustibles tradicionales por los más pobres, provoca impactos graves en la salud, principalmente relacionados con problemas respiratorios, frente a esta situación la mejor alternativa es el uso de las fuentes limpias y renovables de energía que mejora este aspecto. En los hogares más pobres, la contaminación intradomiciliaria está literalmente matando a los niños pequeños y a las mujeres. La prolongada exposición a los humos, aumenta dramáticamente la probabilidad que desarrollen problemas de salud tan severos como las infecciones respiratorias agudas y las enfermedades crónicas pulmonares. De igual forma, aumentan los riesgos de muerte neonatal, que además ahora está siendo correlacionada con cegueras y cambios en los sistemas de defensa (Indoor Air Pollution, 2000). Un último tema y a menudo ignorado, concierne al rol que la energía renovable puede jugar, promoviendo una mayor seguridad energética en los países en desarrollo que dependen fuertemente del petróleo y de la importación de energía. La diversificación de las fuentes energéticas puede ayudar a mitigar el severo impacto económico, que a veces provoca la volatilidad de los precios del petróleo y de otros combustibles fósiles (PNUD, 1997). Más aún, puesto que el abastecimiento de la energía renovable, proviene de fuentes nacionales, locales y descentralizadas, su utilización masiva puede liberar los escasos fondos disponibles, para ser canalizados hacia objetivos de desarrollo en salud, bienestar y educación, que de otra forma serían destinados a grandes proyectos con utilización de combustibles fósiles. La energía renovable produce también otros beneficios, como la posibilidad de un mayor control local sobre los recursos energéticos y alcanzar mayores niveles de seguridad, sobre todo si se considera la alta vulnerabilidad, respecto a eventuales operaciones de sabotaje de las plantas nucleares o de las infraestructuras de petróleo y gas. Las energías renovables se caracterizan porque en sus procesos de transformación y aprovechamiento en energía útil, no se consumen ni se agotan en una escala humana. Entre estas fuentes de energías están: la hidráulica, la solar, la eólica y la de los océanos. Además, dependiendo de su forma de explotación, también pueden ser

catalogadas como renovables la energía proveniente de la biomasa y la energía geotérmica.

Las energías renovables suelen clasificarse en convencionales y no convencionales, según sea el grado de desarrollo de las tecnologías para su aprovechamiento y la penetración en los mercados energéticos que presenten. Dentro de las convencionales, la más difundida es la hidráulica a gran escala.

Como energías renovables no convencionales (ERNoC) se consideran la eólica, la solar, la geotérmica y la de los océanos. Además, existe una amplia gama de procesos de aprovechamiento de la energía de la biomasa que pueden ser catalogados como ERNoC. De igual manera, el aprovechamiento de la energía hidráulica en pequeiías escalas se suele clasificar en esta categoría.

Al ser autóctonas y, dependiendo de su forma de aprovechamiento, generar impactos ambientales significativamente inferiores que las fuentes convencionales de energía, las ERNoC pueden contribuir a los objetivos de seguridad de suministro y sustentabilidad ambiental de las políticas energéticas. La magnitud de dicha contribución y la viabilidad económica de su implantación, depende de las particularidades en cada país de sus características, tales como el potencial explotable de los recursos renovables, su localización geográfica y de los mercados energéticos en los cuales podrían competir.

Históricamente el panorama energético de México ha contado con una participación importante de energías renovables, en particular de la energía hidráulica convencional y la geotermia, utilizadas para generación eléctrica. Esta participación ha disminuido en los últimos años, producto del crecimiento de sectores que tienen un consumo intensivo de derivados del petróleo, como el transporte, y del aumento de la capacidad de generación eléctrica térmica a partir del petróleo y el gas natural. Sin perjuicio de ello, la participación de las energías renovables sigue siendo significativa en el abastecimiento energético nacional, tal como se desprende del balance de consumo bruto de energía primaria del año 2005.

Por su parte, si bien las ERNoC presentan una participación marginal en el consumo bruto de energía en México, han tenido un espacio de desarrollo para el abastecimiento energético de zonas rurales, situación que se verá reforzada por las políticas gubernamentales de apoyo a la electrificación rural.

Las energías renovables no convencionales, que poseen un potencial de desarrollo en nuestro país, son las siguientes:

6.1 Hidráulica y geotermia

En el Balance Nacional de Energía 2005 (SENER 2006), figura 9, se muestra las diferentes formas como se genera electricidad en México. Por lo que respecta a la hidráulica y la geotérmica la participación de éstas es de 88 % (este número es con respecto a las fuentes renovables usadas en México) y 8% respectivamente (figura 10)

Evolución de l cp3cwd risLalada de generación eléctrica, 1996200

ti Otras

• Gaatermaeléctrica y eóÍa

Hdroelectrica

Turgós • nola cambinado

•Tertmca cormencsnal

Figura 9. Evolución de la capacidad instalada de generación eléctrica en el periodo 1996-2005, SENER 2006.

Capacidad de generación eléctrica ' 1 CRE con energías renovables

1 ADOA 1 0€

U México cuenta con poco más de 12,000 MW de capacidad instalada de generación eléctrica con base en energías renovables:

> 11,545 MW en centrales de CFE y LFC,

- 504 MW en plantas de autoabastecimiento interconectadas a la red, y

18 MW en Sistemas aislados.

Servicio Autoabasti Público cimionto

4,

Figura 10. Generación coti energías renovables.

6.2 Energía Solar

A nivel mundial se muestra en la figura 11 la irradiación global promedio anual en khW/m2a. En México el recurso solar está disponible en un alto nivel. El valor oscila desde 4.6 a 21.3 MJ/m 2 ; esto se muestra en la figura 12. Para nuestro país el uso de la energía solar representa una fuente importante de energía para el presente y el futuro.

iEDI

-C

50

1000

o -. 800

400

-150 -100 -50 0 50 100 150 200

Figura 11. Irradiación global en el planeta.

ANUAL

C

" 4' /< 3 19 tUJV

\•_ / -

1 L-'

Ti

1

Figura 12. Promedio anual de la irradiación global.

La figura 13 nos muestra la evaluación dela irradiación directa normal (SERI, 2006) en el noroeste de la República Mexicana. Esta es de las más altas a nivel mundial, de

manera que todos los dispositivos solares trabajaran en forma muy eficiente, incluyéndose dentro de estos los que trabajan con concentración.

Por lo que respecta a las tecnologías solares en la figura 14 se muestran las diferentes opciones que existen para las aplicaciones directas de estas tecnologías.

1

Y/ ¡

/ Ov.nfto .4*c.qR.a tflds

— . • 1

Figura 13. Irradiación directa normal. (SER!, 2006)

En el ámbito de energías renovables, tanto en la parte de investigación básica como aplicada, hasta el desarrollo de prototipos piloto para el buen aprovechamiento de cualquier recurso energético no convencional, el Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México ha incursionado desde hace más de 32 años. Todo bajo el enfoque de tener propuestas concretas en el uso práctico de los recursos nacionales renovables con los que cuenta el país. Esto involucra la asimilación de tecnologías desarrolladas en otros centros de investigación con prestigio internacional, realización de propuestas para la solución de problemas concretos en el ámbito nacional, para ello se han llevado a cabo desarrollos de modelos teóricos y experimentales cuya aplicación contribuye en la mejora del desempeño de empresas paraestatales y privadas, con lo que se logra mantener un vínculo estrecho con el sector productivo nacional.

Diferentes ejemplos que el autor ha realizado a lo largo de 35 años se muestran en las figuras 14 a 20.

LJ

Sistemas 1 Sistemas

[ototérmicos Fotovoltáicos

directa Calentamie-ito, WStemes de concentración

- Iluminación

- Refrigeración - Tubos de luz - CaIentmiento

de agua - Generaión de

electricidad - Bombeo

- Ventanas - Secado - Desación

eficientes - Refrigeración -Desintoxcaci

Filtros - Estanques

solares soIare desinfección

de agua

Figura 14. Diferentes tipos de tecnologías contempladas con energía solar.

6.2.1 Cocinas solares a la intemperie y en habitación. En general, la temperatura que se alcanza con la radiación solar no es lo suficientemente alta como para aprovecharla de manera práctica en la cocción de alimentos. En el Instituto de Ingeniería se probaron varias opciones de cocinas con modelos diferentes, uno de ellos se basa en un sistema de concentración de plato parabólico (ver figura 15) y otro en un sistema de concentración de canal parabólica (Almanza y Muñoz, 1994). Dependiendo de su configuración es la forma que tendrá el volumen útil para cocción de alimentos. Otra modalidad de una cocina solar que se desarrolló es aquella que utiliza un fluido de trabajo intermedio para la captación y transmisión del calor, por ejemplo aceite mineral, el cual se calienta con un sistema de concentración de media temperatura como lo es un canal parabólico, para luego ceder el calor en un serpentín al medio que lo rodea.

Figura 15. Cocinas solares en comunidades rurales.

6.2.2 Colectores solares plaiws Una de las tecnologías más difundidas que aprovechan el recurso solar es la de los colectores solares planos, cuyo principio se basa en la absorción de energía solar radiante transformada en calor y que se puede transportar a través de un fluido de trabajo. En los años 70 el uso de este tipo de colectores no era muy difundido, pero se comenzaba a tomar mayor conciencia de la necesidad de uso de fuentes alternas de energía. Así el Instituto de Ingeniería, UNAM llevó a cabo los siguientes trabajos:

Calentadores solares para baios públicos. En el Estado de Tlaxcala (Almanza y Muñoz, 1994) se instalaron en 1979 baños públicos (figura 16) con agua caliente, cuya fuente de energía era solar, en sustitución de un baño Temascal cuyo uso de leña era de aproximadamente 30 kg por vez. Los calentadores que se instalaron, son los más eficientes que se han desarrollado en el Instituto, construidos con tubos de cobre soldados a una lámina del mismo material (figura 17). La temperatura que alcanzan estos dispositivos es de 50 a 80 °C dependiendo de la época del año y de las condiciones ambientales; también se tienen instalados calentadores solares de agua en los baños de los trabajadores. Un sistema más sofisticado es el de tubos evacuados donde el tubo absorbedor va al vacío (figura 18). Como un dispositivo especial se desarrolló un sistema absorbedor al alto vacío para concentradores solares tipo canal parabólico (figura 19).

Figura 16. Baños públicos con colectores solares en Tlaxcala.

:

k

o r

Figura 17. Colectores solares planos en Tlaxcala.

t ti Y; M'

ii KI11, 1

Figura 18. Colectores evacuados desarrollados en 1977.

Figura 19. Tubo absorbedor evacuado para plantas solares.

6.2.3 Películas selectivas. Se han desarrollado diferentes películas selectivas entre las que destacan oxido de fierro, óxidos sobre aluminio, óxido de cobre, cromo negro y níquel negro. Estas fueron usadas en colectores solares planos, en tubos absorbedores de la planta solar y en dispositivos de las cocinas solares (Almanza y Muñoz, 1994).

6.2.4 Materiales para aplicacioizes solares Los materiales para aplicaciones solares, tanto en tecnologías de concentración como en materiales de construcción para edificaciones y uso eficiente de la energía, son muy amplios. Las investigaciones en el Instituto de Ingeniería al respecto han sido enfocadas a espejos y filtros solares. Una de las tecnologías que se asimiló y aplicó en este ámbito fue la de cañón de electrones y posteriormente la de erosión jónica (sputtering), ambas se desarrollan dentro de una cámara al alto vacío empleando materiales de muy alta pureza. Se lograron fabricar espejos de primera superficie (figura 20), de segunda superficie, compuestos y filtros solares, empleando materiales tales como aluminio, plata, cobre, vanadio, tungsteno, hierro, cuarzo, alúmina, etc., usando evaporaciones simples o reactivas con oxígeno (Martínez eta!, 2000) Este campo de materiales es muy amplio y con un vasto horizonte de aplicaciones.

6.2.5 Estanques solares Se trabajó en la caracterización fisicoquímica de arcillas que puedan servir como impermeabilizantes naturales para la retención de salmueras muy concentradas, que puedan encontrarse en estanques solares (Silva, 2003).

EW

Ft-

'4 1

1

Figura 20. Espejos de primera superficie desarrollada para un concentrador canal parabólico.

6.2.6 Plantas Termosolares El aspecto de Plantas Termosolares se inició en 1978 (Almanza y Muñoz, 1994); la primera planta experimental fue de 1kw, la cual se muestra en la figura 21. Posteriormente se desarrolló una planta termosolar de canal parabólico la cual es la mas grande en Latinoamérica, cuya área de captación en sus orígenes (1982) era de 548 m 2 (figura 22), pero debido a problemas de costos de mantenimiento se redujo a la mitad (1998), quedando 274 m 2 de área de captación que está dividida en ocho módulos de 15 m de largo con 2.5 m de apertura, cada módulo tiene 12 secciones de 1.14 m de largo (figura 23) hechas de fibra de vidrio con espejos comerciales de aluminio depositado sobre un sustrato de poli metil nieta acrilato (acrílico). En su inicio la planta solar funcionaba con aceite mineral como fluido de captación y transferencia de calor, el cual se aprovechaba a través de un intercambiador de calor hacia un circuito de agua con muy bajo contenido de sales. Adicionalmente contaba con una caldera de respaldo para proveer el calor faltante y producir la cantidad de vapor necesario para mover el motor de pistón acoplado a un generador de electricidad. En ella se llevaron a cabo pruebas de diferentes tipos, tales como diferentes configuraciones para operación del canipo solar. Además, se probaron equipos diseñados por investigadores de este Instituto, como por ejemplo, bombas de desplazamiento positivo para aceite y agua; caldera tipo túnel; sistema electromecánico

de seguimiento solar (fotodiodos y tornillo 'sin fin'); el concentrador de canal parabólico y su estructura de soporte; tanques de expansión de aceite, etc. Posteriormente comenzó una segunda etapa para la planta solar, que es la Generación Directa de Vapor (GDV), la que requirió modificaciones al diseño original y permitió el desarrollo de una nueva área de aplicaciones de los sistemas solares de canal parabólico, lo que involucra materiales, configuraciones del campo solar, instrumentación, generación de electricidad, capacitación de personal, etc. Para ello se cambió por completo la tubería del fluido de trabajo, se cambiaron los espejos del campo solar y se instaló un motor de pistones acoplado a un generador eléctrico de lkWe. Adicionalmente, se instaló una estación para medición de la irradiancia solar (piranómetro de banda rotatoria), velocidad y dirección del viento, así como temperatura ambiente.

Figura 21. Planta Solar (le 1kW.

Figura 22. Planta solar de 10 kW.

Figura 23. Planta Solar actual de 5 kW.

Se observó cierta problemática con los tubos absorbedores, lo que llevó a un estudio más detallado del flujo bifásico que se presenta durante la GDV, principalmente en los patrones del tipo estratificado y anular. Actualmente la planta solar ha sido modificada para la tecnología de generación directa de vapor de agua con instrumental electrónico (2004), por ejemplo, sensores de temperatura del tipo RTD (resistencia de platino), sensores de presión electrónicos, medidores de flujo de varios tipos (electromagnético, vórtice y rotámetro), así como un sistema centralizado de adquisición de datos de temperatura, presión y flujo que corresponden a la alimentación y descarga del campo solar. El tipo de instrumental que está instalado es relativamente moderno con medidores de alta precisión y confiabilidad, sin embargo, se requiere de su constante actualización y mejora. El enfoque que se le ha dado es la caracterización térniica de todas las partes por donde circular el agua alta temperatura en sus fases líquido, vapor o una combinación de ambas.

6.2. 7 Ventanas ahorradoras de energía

Las cantidades de energía utilizadas con el fin de alcanzar las condiciones de confort térmico humano dentro de las edificaciones no son nada despreciables, principalmente para las zonas norte y costera de nuestro país, donde el mayor consumo de energía del subsector residencial es por el concepto de acondicionamiento de aire, mientras que para muchas otras zonas el consumo por este concepto no llega a ser tan considerable. El diseño de un edificio, por lo tanto, deberá considerar la comodidad de los ocupantes de la edificación con el mínimo consumo de energía, procurando que sea la misma construcción la que regule los intercambios de materia y energía con el medio ambiente y propicie las condiciones que determinan la sensación de confort al interior.

Uno de los principales mecanismos por medio del cual aumenta la ganancia térmica de una edificación (y con ello el nivel de disconfort térmico humano) es la radiación, emitida por el Sol, que se introduce a través de las ventanas de dicha edificación. Tal radiación solar es absorbida (transformándose en calor) y reflejada por los cuerpos del espacio interior, mientras que la radiación solar térmica (infrarrojo cercano o calor) provocará un calentamiento directo del aire, resultando así en una elevación de la temperatura del medio.

Como consecuencia, para las temporadas calurosas la edificación tendrá una ganancia térmica grande a través de las ventanas, por lo que el interior experimentará un aumento considerable de temperatura y, en consecuencia, un calentamiento excesivo. Por otro lado, para los periodos del año de temperaturas bajas el exterior se encontrará a una temperatura muy baja, y por lo tanto la ventana será el principal elemento mediante el cual la edificación perderá el calor generado en el interior. Para los grandes edificios modernos con fachadas cubiertas casi por completo por vidrios, este mecanismo se convierte en el más importante obstáculo para conseguir el confort térmico en su interior. Este problema normalmente se soluciona mediante el uso de equipos de aire acondicionado y sistemas de calefacción.

Dentro de las alternativas para remediar el problema de disconfort en el interior de las edificaciones, surgido a raíz de las inadecuadas propiedades ópticas y térmicas de las ventanas, se encuentra una propuesta que consiste en colocar a los vidrios recubrimientos de materiales selectivos a la radiación, a través de los cuales se puede regular la entrada de la radiación solar que incida sobre las ventanas, es decir, lo que actualmente se conocen como filtros solares. Para este caso se necesita que los filtros solares impidan el paso de la radiación solar cuyas longitudes de onda están dentro del

intervalo del infrarrojo cercano (calor), y lo permitan para el caso de la radiación solar visible.

El planteamiento del presente trabajo es que puede propiciarse un ahorro en el consumo de energía en una vivienda por calefacción y aire acondicionado, cuando son utilizados filtros solares con base en películas delgadas de óxido ferroso (Chávez, 2007), cobre (Correa, 2002) y azufre depositadas sobre vidrio que se usarán como ventanas, donde actuaran como elemento selectivo a la radiación solar con una transmisividad baja en el infrarrojo, evitando el calentamiento excesivo en el interior de la edificación provocado por ganancias térmicas grandes a través de las ventanas para las temporadas calurosas; así como la pérdida de calor generado en el interior durante las temporadas de clima frío.

6.3 BIOMASA

El aspecto de biomasa ha tenido mucha relevancia en los últimos años, principalmente en la producción de etanol a partir de la caña de azúcar y el maíz. En la figura 24 se muestra que la producción de etanol la hacen EUA y Brasil.

World Ethanol Production

Mhw 0 Brazil Isus U Other

20

1.5

10 1;

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Figura 24. Producción mundial de etanol.

Sin embargo en un artículo reciente de Ford y Senauer,2007, establecen textualmente que gracias a los altos precios del petróleo y los fuertes subsidios, el etanol que se produce del maíz es ahora el último grito en los Estados Unidos. Pero se requiere de tanto suministro de maíz para mantener en marcha la producción de etanol que el precio del maíz —y el de los demás alimentos básicos—se está disparando en todo el mundo. Para detener esta tendencia, e impedir que aún más personas sufran hambre, Washington tiene que conservar más los insumos para la producción de etanol y diversjficarlos. Mientras que Matthew L. Wald, 2007, cometa que "El etanol podría sustituir a la gasolina, pero no será verdaderamente provechoso mientras no sepamos destilar/o a gran escala de hierbas, de los tallos de maíz o de paja de los cereales, y no, como hasta ahora, sólo de los granos.

6.4 SISTEMAS HÍBRIDOS

Para mejorar un sistema energético es iiecesario ajustar el consumo a la generación y viceversa. Otro aspecto es el relacionado con el almacenamiento en sistemas intermitentes como la energía solar y el viento, entre otros. De manera que si se requiere un sistema eficiente para generar electricidad con fuentes intermitentes entonces es necesario hacer uso de un almacén. Para lograr un sistema eficiente se han propuesto sistemas híbridos, en algunos casos utilizando el gas natural, él cual es el menos contaminante de los hidrocarburos o la biomasa. Sin embargo para el futuro este aspecto puede ser poco trascendental al fograrse sistemas más autónomos y eficientes. Por lo pronto en el futuro cercano la hibridación es muy importante. Como ejemplos actuales, se pueden mencionar los ciclos combinados con gas y la solar, corno es el sistema de 354 MWe con canal parabólico en el Desierto de Mojave, CA. También existen varios ejemplos de cogeneración. En la figura 25 se muestra en forma esquemática como los sistemas convencionales y las renovables deben verse cii la actualidad.

Figura 25. Sistemas energéticos híbridos.

6.4.1 Biomasa-solar

Por lo que respecta sistemas híbridos, se muestra en la figura 26 un ejemplo de biomasa-solar; el cual se alimenta con estiércol de vaca que mediante una digestión anaeróbica por medio de bacterias rnetanogénicas del tipo mesofílicas, las cuales

trabajan en el intervalo de temperatura 25-35°C, producen gas metano. Debido a este último aspecto es necesario un calentador solar que suministre calor al digestor (Almanza y Muñoz, 1994).

-- -

I4 :

$L Figura 26. Sistema híbrido solar-biomasa, digestor de metano.

6.4.2 Estudio de un sistema hibrido solar-geotermia en Cerro Prieto, B. C.

Cerro Prieto es el campo geotérmico más importante del país y además en esta zona es donde se presentan los niayores niveles de irradiancia solar de México. En esta entidad se propone la creación de un sistema híbrido solar-geotermia, donde un campo solar de concentradores de canal parabólico se integra al ciclo geotérmico de Cerro Prieto, lográndose con esto un aumento en la producción de vapor durante el día para la generación de electricidad (Lentz, 2005). Este sistema aprovechará las dos fuentes de energía para proveer vapor al ciclo geotermoeléctrico actual de ciclo Ranking abierto. Durante el verano la demanda de electricidad en Mexicali es muy alta. En esta época se tienen temperaturas máximas de más de 50°C, de manera que el uso de aire acondicionado tiene una alta demanda eléctrica. Cuatro alternativas se han analizado para dicho propósito: En la primera el campo solar está entre el pozo geotérmico y el primer separador salmuera-vapor; en la segunda, el campo solar se encuentra entre el primer y segundo separador; mientras que en la tercera se utiliza el fluido residual de las torres de enfriamiento para generar vapor a las condiciones de la turbina en el campo solar y finalmente en la cuarta también se genera vapor mediante un campo solar pero con el excedente de agua de la torre de enfriamiento; en esta última opción, se añade un tanque de evaporación instantánea, con el que se suministra vapor a la turbina. Los campos de concentradoi -es solares pueden tener orientación Norte-Sur o Este-Oeste, por lo que ambos fueron estudiados, con el propósito de incrementar sólo en 10% la calidad del vapor, ya que se encuentra limitado debido a la presencia de sales y sílice en la salmuera geotérmica proveniente de los pozos, y así evitar altas concentraciones en ella. En este trabajo se obtuvieron el tamaño de los campos y la producción anual en

cada opción, teniéndose la mayor de ésta en los meses de verano cuando la demanda de electricidad es mayor. En la figura 27 se presenta una de las alternativas.

Fue necesaria una simulación teórica-experimental (Martínez, 2005) de la mezcla vapor-salmuera, ésta se simuló como generación directa de vapor (GDV) dentro de un tubo absorbedor en un concentrador solar de canal parabólico, el cual se localiza en el foco de la parábola; es un proceso complejo de caracterizar por la presencia de flujo bifásico (líquido-vapor) haciendo énfasis en dos patrones diferentes: estratificado y anular. Para el presente trabajo se planteó la problemática de cómo es el comportamiento térmico de un tubo absorbedor cuando por él fluye agua en dos fases con un patrón de flujo anular, es decir en el centro fluye vapor y en la periferia sólo líquido. Se recibe energía radiante del Sol concentrada como fuente de calor, en la parte inferior y lateral del mismo. Este trabajo de investigación se ha desarrollado en dos sentidos: teórico y experimental.

Mediante el análisis matemático se ha planteado un modelo de temperaturas para una determinada sección transversal de tubo absorbedor donde existe flujo bifásico con patrón anular. Como parte experimental se generaron datos en la Planta Solar del Instituto de Ingeniería que permiten caracterizar un proceso de baja potencia con GDV y así corroborar los resultados del modelo matemático. Estos involucran presión, temperatura y flujo de vapor obtenido en el proceso, bajo condiciones controladas de flujo alimentado y un intervalo amplio de condiciones de irradiancia solar directa normal.

Bajo ciertas condiciones los resultados experimentales que se presentan pueden ser comparados con sistemas equivalentes de gran potencia, por ejemplo el instalado en la Plataforma Solar de Almería, de forma tal que se puede plantear de manera aceptable lo que se espera de sistemas de media potencia. De esta manera se amplía el conocimiento sobre procesos de GDV en sistemas termosolares. Se espera que la aplicación directa se de en un sistema híbrido de generación de potencia del tipo geotérmico-solar.

Separador 5p.uado

- Campo so Ir - *

Laguna de

Turbi- Turbina

41

a'

Pozo_ L4L

Figura 27. Sistema híbrido solar-geotermia.

7. COSTOS DE FUENTES RENOVABLES.

Considerando al Escenario de Referencia se vaticina que mas plantas hidroeléctricas serán construidas, principalmente en paises desarrollados, donde este potencial es todavía grande. La participación de las hidroeléctricas será 16% en el 2030, semejante

al actual. La capacidad alcanzará 1 431 GW en 2030, comparado con los 851 GW actuales. Por lo que respecta a la biomasa, eólica, solar, geotérmica y mareomotriz, éstas alcanzarán 2 872 TWh in 2030, casi 8 veces mas alto que el actual y 27% mas alto que e! Escenario de Referencia. Su participación en la generación de electricidad va a crecer de 2% actualmente a 10% en el 2030, siendo el eólico y la biomasa los más participativos. Estos aumentos reflejan nuevas políticas para apoyar el desarrollo de las energías renovables así como la reducción en los costos (figura 28).

BIOIIALA

FOTO VOLTAICO

LJtFAS-OLFA,JE

COGFNERACION

SOLAR TERMICO

GFOTFRMICO

EOIICO FN LITORAL

LOLICO TI1RRAADF.NTRO

COGENFWACION

(OMEUSTIBLES

1 000 2000 3 000 4 000 5 000 6 000

doHors (2005) par kw

2004 sI 2030

Figura 28. Costos de inversión de Fuentes Renovables para la generación de potencia tomando como base el escenario alternativo para 2004-2030. (World Energy Outlook, 2006)

CONCLUSIONES

Para poder alcanzar desarrollos tecnológicos que faciliten la transición hacia sistemas energéticos renovables es necesario realizar las siguientes acciones: (1) sistemas híbridos ERNoC + convencionales y la dualidad ERNoC + ERNoC (u) la ingeniería de materiales para su uso en concentradores solares para la generación directa de vapor, películas selectivas para alta temperatura, y bajar los costos de la conversión fotovoltaica directa de la energía solar, (iii) la ingeniería genética para la generación de combustibles a partir de la biomasa, (iv) la catálisis aplicada a la transformación de compuestos biorrenovables (y) la química del CO2 para conocer la forma de su interacción y su eliminación a la atmósfera (vi), el desarrollo de catalizadores para producir eficientemente, con radiación visible-IJV, descomposición de aire y agua en radicales para usarse en desintoxicación y desinfección, (vii) obtención de hidrógeno, (viii) celdas de combustible. (ix) desarrollo de sistemas híbridos de combustión, por ejemplo biomasa-carbón tradicional en sistemas actuales de potencia; se presentan estas líneas clave de investigación básica para poder contar en las próximas décadas con soluciones tecnológicas derivadas aplicables para el establecimiento de un sistema energético renovable. Las informaciones presentadas en este documento son claras a la hora de indicar que cambios sustanciales debe sufrir el actual sistema energético para minimizar sus efectos mccl ioarnbientales, y así realizar un enorme esfuerzo en inversión en investigación básica o fundamental en las anteriores áreas. No obstante, el

crecimiento hasta la fecha en la inversión con la que se abordan los programas de investigación y desarrollo, tanto público como privado en la VE como en EVA, no están en consonancia con la necesidad urgente de los retos a superar; para México esto todavía está más lejano. La tendencia sin embargo puede cambiar drásticamente, volviendo los fondos para investigación y desarrollo en energía a una situación similar a la existente tras la crisis del petróleo de los años 70; además si aumentan las amenazas geopolíticas sobre el suministro de petróleo y con la aportación de las nuevas evidencias acerca de la cada vez más demostrada influencia del hombre sobre el cambio en el clima. Pero incluso si se cumple el Protocolo de Kioto, no es suficiente para solucionar el problema. Unas tres cuartas partes de las emisiones antropogénicas de CO2 a la atmósfera durante los últimos 20 años son debidas a la quema de combustibles fósiles.

Además deben tomarse acciones como:

La reciente publicación del segundo Informe de Evaluación del IPCC, muestra una urgencia de la necesidad de enfrentar el cambio climático global. De manera que para reducir las emisiones de CO2 (y hay que hacerlo con urgencia, (le acuerdo con los científicos del IPCC, si queremos detener el calentamiento global del planeta) no es posible aplicar filtros, ni sirve de gran cosa mejorar el proceso de combustión, ni basta cambiar un combustible fósil por otro. La única solución es quemar menos cantidad de combustibles fósiles, es (leCir producir menos energía e ir sustituyendo estos combustibles por fuentes (le energía limpia: las energías renovables cumplen con este requisito. De manera que la principal acción es reducir la emisión de todos los gases que contribuyan al efecto de invernadero.

Mejorar el entendimiento (le los beneficios técnicos relacionados con la integración ERNoC en los sistemas de potencia tradicionales.

Combate a la deforestación es otro aspecto muy importante que contribuye al cambio climático.

Expresar las mejoras sociales que los países en desarrollo y en transición, puedan realizar mejorando el acceso a servicios de energía limpia y haciéndolos mas accesibles a las energías renovables.

Beneficios económicos deben ser promovidos a las naciones que usen en forma eficiente la energía, principalmente a los usen exclusivamente las renovables o sistemas híbridos.

El análisis de los retos y problemas científicos asociados al cambio de sistema energético iiidica, según Whitesides y Crabtree, 2007, la necesidad de comprender en primer lu gar la relación existente entre el clima y las diferentes estrategias actuales de producción de energía.

Modificar y mejorar el sistema educativo para que toda la población del país sea educada en temas tales como el cuidado del ambiente, agua y ahorro de energía, desde primaria hasta adultos en todos los niveles socio-culturales.

Agradecimientos Al Dr. Iván Martínez Cienfuegos quién hizo valiosos comentarios

Referencias

Almanza R, Chicurel R, Hiriai-t G, Palacios L y Díaz A. "Propuesta para generar energía eléctrica y mecánica usando energía solar por procesos fototermomecánicos a potencias de 35 KW". (Mayo, 1978). Proyecto Interno II-UNAM 8054.

Almanza R y Muñoz F, Ingeniería de la Energía Solar, El Colegio Nacional, 1994

Assessment of Potential Impact of Concentrating Solar Power for Electricity Generation, EPACT 2005 Section 934C, DOE/GO-12007-2400, Febrero 2007

British petroleum, Quantifying energy, BP statistical review of world energy, 2006

Climate Change 2007: The Physical Science Basis, ff4TERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE, This Summary for Policymakers was formally approved at the lOth Session of Working Group 1 of the JPCC, UNEP and WMO,Paris, February 2007.

Conca Miranda Genaro, Fabricación de filtros solares para ahorro de energía con recubrimientos de Cu20+CuS y y02, Doctorado Energía, Instituto de Ingeniería UNAM, abril 2002

Correa G. y Almanza R., Copper Based Thin Films to Improve Glazings for Energy-Savings in Buildings, Solar Energy Vol. 76 No. 1-3 pp 111-115, 2004

Chavez J. y Almanza R., Solar filters based on iron oxides for energy savings with efficient windows, Solar Energy, Vol.81(1) pp 13-19, 2007

Ford Runge C. and Senauer Benjarnin, How Biofuels Could Starve the Poor Foreign Affairs, May/June 2007

Greenpeace 2002, Energía Limpia para el Desarrollo Sustentable, E4i a la Energía Positiva, Greenpeace Internacional, vv w . green peaee.org , Febrero, 2002

Flores Lara Vicente, Comportamiento de un receptor bimetálico durante transitorios en la generación directa de vapor, usando concentradores tipo canal parabólico, Doctorado Energía, Instituto de Ingeniería UNAM, febrero 2003

Flores V. y Almanza R., Direct steam generation in parabolic trough concentrators with bimetallic receivers, Energy Vol. 29 No. 5-6, 2004 pp 645-651

Flores V. y Almanza R., Behavior of the Compound Wall Copper-Steel Receiver with Stratified Two-Phase Flow Regirnen in Transients States when

Solar Irradiance is Arriving oii One Side of Receiver, Solar Energy Vol. 76 No.1-3 pp195-198, 2004

Flores V y Almanza R, Behavior of bimetallie absorber in parabolic collectors during DSG to low powers, Journal of Solar Energy Engineering ASME Vol.129 No.2, pp 249-251, mayo 2007

Galán J. y Almanza R., Solar filters based on iron oxides for energy savings with efficient windows, Solar Energy, Vol.81 (1) pp 13-19, 2007

Indoor Air Pollution, Energy and E-Iealth for the Poor', Boletín Informativo del World Bank Group, No. 1, Septiembre 2000, http://l nweb 1 8.worldbank.org/

IPCC, 1992: Climate Change 1992: The Supplementary Report to the IPCC Scientific Assessment [Houghton, J.T., B.A. Callander, y S.K. Varney (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido, xi + 116 págs.

IPCC, 1996: Climate Change 1995: The Science of Climate Change. Contribution of Working Group 1 to the Second Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Houghton., J.T., L.G. Meira Filho, B.A. Callander, N. Harris, A. Kattenberg, y K. Maskell (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido y Nueva York, NY, Estados Unidos, 572 págs.

Lentz Herrera Álvaro, Incremento en la cantidad de vapor de los ciclos geotermoeléctricos mediante concentradores solares de canal parabólico, Doctorado Energía, mayo 25, 2005.

Lentz A. y Almanza R., Solar-geothermal hybrid system, Applied Thermal Energy Vol.26 pp1537-1544, 2006 A.

Lentz A. y Almanza R., Parabolic Trough Concentrators to Increase the Geothermal Wells Enthalpy, Solar Energy Vol. 80(10), pp 1290-1295, 2006

Martínez Cienfuegos Iván, Análisis teórico-experimental de flujo bifásico anular en tuberías horizontales para un sistema solar-geotérmico, Doctorado Energía, Instituto de Ingeniería UNAM, niayo 26, 2005.

Martinez 1., Almanza R., Mazari M. y Correa G., Parabolic trough reflector manufactured with aluminuin first surface mirror thermally sagged, Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol.64 No.1 pp 85-96, 2000.

Martinez 1 y Almanza R, Experimental and Theoretical Analysis of Annular Two-Phase Flow Regimen in DSG for a Low-Power System, Solar Energy Vol.81(2) pp 2 16-222, 2007

Nakicenovic, N., J. Alcamo, G. Davis, B. de Vries, J. Fenhann, S. Gaffin, K. Gregory, A. Grübler, T.Y. Jung, T. Kram, E.L. La Royere, L. Michaelis, S. Mori, T. Monta, W. Pepper, H. Pitcher, L. Price, K. Raihi, A. Roehrl, H.-H. Rogner,A. Sankovski, M. Schlesinger, P. Shukla, S. Smith, R. Swart, S. van Rooijen, N. Victor, y Z. Dadi, 2000: Emissions Scenarios. A Special Report of Working Group 111 of the Intergovernmental

Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido y Nueva York, NY, Estados Unidos, 599 págs.

PNUD, 1997, "La Energía después de Río. Perspectivas y retos", seccion 2.3.2.

Protocolo de Kioto de la convención marco de las naciones unidas sobre el cambio climático, Naciones Uiiidas 1998 FCCC/INFORMAL/83* GE.05-61702 (S) 130605 130605

SENER 2006, Balance Nacional de Energía 2005.

Silva González-Pacheco Gerardo, Efectos de salmuera y temperatura en la permeabilidad de suelos arcillosos, Doctorado Ingeniería Civil (Mecánica de Suelos), Instituto de Ingeniería UNAM, diciembre 2003

Wald Matthew L, 2007. Is Ethanol for the Long Haul?, Scientiflc American, January 2007

Whitesides G M, and Crabtree G W, Dont Forget Long-Term Fundamental Research in Energy, Science, February 9,2007; 3 15(5813): 796-798.

World Energy Outlook 2006, The international Energy Agency (lEA), OECD/lEA, 2007

WRI estimates based on TEA, 2004; ETA, 2004; Marland et al., 2005; and BP, 2005. Emissions include fossil fuel combustion, cement manufacture, and gas flaring

Rafael Almanza Salgado Adscripción: Instituto de Ingeniería, UNAM Antigüedad: 35 años mv. Titular C de TC SNI nivel 3 PRIDE D Experiencia profesional: ININ: 13 años antigüedad (1962-1 975) UNAM: 35 años antigüedad (1962-1 965 y 1975-2006) Publicaciones Revistas arbitradas: 56 Libros publicados: 2 Capítulos en libros: 7 Ponencias en extenso: 166 (México, EUA, Europa, Asia, Africa y Australia) Informes técnicos: 128 Tesis dirigidas: 5 doctorado, 12 maestría y 16 licenciatura Citas de publicaciones: 310 Vinculación externa: CFE, CNA, lOA, SAHOP, Secretaria de Energía, PEMEX y CONACyT. Estancias en el extranjero: Universidad de Nuevo México como profesor de energía solar, Universidad de Wisconsin como visitante distinguido (Honorary Fellow in Physics), Universidad de Notre Dame (profesor visitante), Universidad de Sevills y Universidad Internacional de Andalucía (profesor de posgrado). Líneas de Investigación en el Instituto de Ingeniería como jefe de proyecto: 1) Evaluación de la Irradiación Global en la República Mexicana, 2) Películas selectivas, 3) Generación de energía mecánica y eléctrica por procesos fototérmicos, 4) Concentradores solares. 5) Estanques solares, 6) Espejos solares, 7) Fisicoquímica de arcillas, 8) Aplicación de la energía solar en comunidades rurales, 9) Tubos evacuados para absorbedores solares, 10) Filtros solares, 11) Generación directa de vapor en sistemas híbridos solar-geotermia, 12) Propiedades térmicas de materiales de construcción. Desarrollos tecnológicos: películas selectivas sobre sustratos de Cu, Fe y Al con buenas propiedades ópticas, concentradores solares tipo canal parabólico, desarrollo de una bomba solar de 1 kW, colectores solares planos para el calentamiento de agua y su posterior uso en baños rurales y digestores, desarrollo de la Planta Solar de 10 kW, digestores de metano de 15 y 40 m 3 , espejos solares de primera superficie, desarrollo de impermeabilizantes con base en arcillas para estaques solares, filtros solares (Cu 20+CuS y Fe304 tipo pasivos, y otro de V0 2 tipo activo), generación directa de vapor en concentradores tipo canal parabólico, tubo absorbedor bimetálico Fe-Cu para la generación directa de vapor para reducir esfuerzos térmicos, y mejoradores en suelos arcillosos para volverlos mas impermeabilizantes. Distinciones: 3 artículos publicados en números especiales del Transactions of the ASME, Journal of Solar Energy Engineering, 7 artículos en números especiales del Solar Energy y 1 artículo en un número especial de la revista Energy. Premio Universidad Nacional 2006 Arbitro revistas indezadas: Solar Energy, Journal of Solar Energy Engineering (ASME), Energy, International Journal of Multiphase Flow, Advanced Energy Systems Division del ASME, Heat Transfer Engineering Journal y Dryland Resources and Technology. Asociaciones a las que pertenecen: Sociedad Mexicana de Física (1962-1978), International Solar Energy Society (ISES) (1975 a la fecha), American Solar Energy Society (ASES) (1975 a la fecha), Asociación Nacional de Energía Solar (1976 a la fecha).

ENERGÍA Y CAMBIO CLIMATICO. Rafael Almanza Salgado

Resumen Se predice una elevación de la temperatura promedio de la superficie del planeta entre 1.4 y 5.8 grados para el año 2100. Ello podría ser devastador. Los glaciares de los Andes, que suministran agua potable, al formar ríos, y sirven como fuente de riego, están desapareciendo y van a desaparecer. El deshielo de las masas polares, asimismo, provocará el aumento del nivel del mar, lo cual eventualmente podría poner en riesgo a países enteros, como Holanda y Bangladés. Los gases de efecto invernadero absorben la radiación infrarroja, emitida por la superficie de la Tierra, por la propia atmósfera debido a los mismos gases, y por las nubes. Gases integrantes de la atmósfera, de origen natural y antropogénico, que absorben y emiten radiación en determinadas longitudes de ondas del espectro de radiación infrarroja emitido por la superficie de la Tierra la atmósfera, y las nubes. Esta propiedad causa el efecto invernadero. El vapor de agua (H20), dióxido de carbono (CO 2), óxido nitroso (N20), metano (CH4), y ozono (0 3 ) son

los principales gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre. Los países del Protocolo de Kioto, acordaron la reducción de sus emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, hidrofluorocarbonos, perfluorocarbonos, y hexafluoruro de azufre) en al menos un 5 por ciento por debajo de los niveles en 1990 durante el período de compromiso de 2008 al 2012. El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005, después de ser ratificado por el gobierno de Rusia, que consiguió que la Unión Europea pagara la reconversión industrial y la modernización de las instalaciones petroleras de esa república de la vieja URSS. Los modelos de la elevación de la temperatura de la tierra bajo los diferentes escenarios discutidos en el 2007. Se predice una elevación de la temperatura promedio de la superficie del planeta entre 1.4 y 5.8 grados para el año 2100. Por lo que respecta al crecimiento en energía primaria hasta 2005, Asia acaparo casi las tres cuartas partes del crecimiento a lo largo del 2005, siendo China la de mas alto crecimiento con aproximadamente la mitad. En la década pasada, el gas natural y el carbón han aumentado su participación considerablemente. Sin embargo en el consumo actual de energía los mayores consumidores de energía son Norteamérica, Europa y los países ubicados en Asia-Pacífico. Bajo las consideraciones anteriores se presentan diferentes opciones de las energías renovables, principalmente la solar. Estas deben acelerar su desarrollo con el fin de empezar a mitigar el efecto de invernadero.