Cambio climático y energías alternativas. Economía del hidrógeno.

Transcripción

1 Cambio climático y energías alternativas. Economía del hidrógeno. Parte I El clima. Flujos naturales de energía. Balance de energía. Absorción y emisión de energía por la tierra. Partículas y nubes. Gases atmosféricos. Efecto invernadero. Destrucción de la capa de ozono. Acuerdos internacionales. Parte II Energía y sociedad. Consumo de energía. Fuentes de energía. Combustibles fósiles. Energías alternativas. Energías renovables. El hidrógeno como fuente de energía. Cambio climático: Variación global del clima de la tierra. Parámetros climáticos: Temperatura, Precipitaciones, Nubosidad, etc. Por cambio climático se entiende un cambio del clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variación natural del clima observada durante periodos de tiempo comparables (para referirse al origen humano del cambio se utiliza la expresión cambio climático antropogénico). Sobre el clima influyen muchos fenómenos: Emisión de energía del sol, composición de la atmósfera, disposición de los continentes, corrientes marinas, órbita de la tierra, etc. Los efectos antropogénicos (factor humano) son hoy los agentes climáticos de mayor importancia desde hace poco tiempo. Su influencia comenzó con la deforestación de los bosques pero, actualmente, la mayor influencia en el clima son las emisiones abundantes de gases que producen el efecto invernadero. 1

2 Flujos naturales de energía La mayor parte de la energía de la tierra procede del sol. De la energía emitida por el sol una pequeña parte es interceptada por la tierra. El 30% de esta energía es reflejada hacia el espacio. Esta fracción se denomina albedo y contribuye de forma significativa al balance energético terrestre. Se conoce por radiación solar al conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El 70% de energía absorbida por la tierra se transforma en calor y se emite al espacio. La mitad de la energía absorbida por la superficie terrestre fluye a través del ciclo hidrogeológico: procesos de evaporación y precipitación La tierra emite energía de manera diferente al sol. Un cuerpo caliente pierde energía mediante la emisión de radiación electromagnética de longitudes de onda muy largas para ser percibidas por el ojo humano Si toda la energía que absorbe la tierra fuera emitida al espacio la temperatura debería ser de -18ºC. Sin embargo la atmósfera atrapa la energía emitida y la devuelve a la superficie elevando la temperatura. 2

3 Efecto invernadero: Atropamiento de calor por parte de la atmósfera. Recibe la radiación visible del sol y atrapa la radiación infrarroja de la superficie. Cómo se atrapa la energía? Gases atmosféricos: Composición del aire seco a nivel del suelo Constituyente Fórmula Concentración (ppm, en vol.) Nitrógeno N Oxígeno O Argón Ar Dióxido de carbono CO Neón Ne 18 Helio He 5,2 Metano CH 4 1,7 Kriptón Kr 1,1 Hidrógeno H 2 0,5 Óxido nitroso N 2O 0,3 Xenón Xe 0,08 Monóxido de carbono CO 0,04-0,08 Vapores orgánicos 0,02 Ozono O 3 0,01-0,004 La proporción de agua es variable según el lugar y día. El porcentaje medio es del 0,4%. Por qué se da mas importancia al CO 2 que a otros gases mayoritarios como N 2 y O 2? La radiación IR sólo permite la vibración de los átomos de moléculas poliatómicas. Los gases mono o di-atómicos son transparentes a la radiación infrarroja. Para que las moléculas absorban radiación IR es necesario que se pueda modificar su momentos dipolar. Sólo lo hacen las moléculas heteronucleares con más de dos átomos. Los gases que más contribuyen al efecto invernadero, por su proporción, son el H 2 O y CO 2. Además la proporción de agua aumenta en función de la temperatura (retroalimentación positiva). Espectros de absorción de los gases atmosféricos Ventana de radiación entre los 8 y 12 µm. 3

4 Ventana atmosférica: Zona del espectro en la que no existe solapamiento entre las absorciones de los gases atmosféricos. Esta ventana coincide con la región de absorción de otras moléculas como los CFC s, CH 4 y N 2 O que también contribuyen al efecto invernadero. Además, los CFC s son los causantes de la destrucción de la capa de ozono en la estratosfera. La contribución relativa a la absorción IR por moléculas en la atmósfera depende de la eficacia para absorber raciación y el tiempo de permanencia del gas. Propiedades de los gases invernadero influidos por actividades humanas CO 2 CH 4 N 2O CFC-11 HCF-23 Concentración atmosférica. Preindustrial Actual ppm ~ ppb ~ ppb ~ ppt ppt 0 14 Variación/año (%/año) 1,5 0,41 7,0 0,40 0,8 0,25 1,4 0,52 0,55 3,92 Tiempo de vida en la atm. (años) 5 a Relación intensidad radiativa por molécula Principal mecanismo de eliminación I II III III III Evolución de los gases invernadero Dióxido de carbono (CO 2 ) 60% de contribución al efecto invernadero (sin incluir la retroalimentación positiva con el agua) Fuentes antropogénicas Combustión de combustibles fósiles Fabricación de cemento Deforestación Quema de biomasa Conversión de la tierra Tiempo de vida en la atmósfera: años Variación annual: 0,41% 4

5 Evolución de los gases invernadero Óxido nitroso (N 2 O) Contribución al efecto invernadero: 4-5% Fuentes antropogénicas Utilización de combustibles fósiles Quema de biomasa Fertilizantes Tiempo de vida en la atmósfera: 115 años Variación annual: 0,25% Metano (CH 4 ) Contribución al efecto invernadero: 15-17% (más de veinte veces más efectivo que el CO 2 ) Fuentes antropogénicas Ganadería Útilización de combustibles fósiles Quema de biomasa Basuras Tiempo de vida en la atmósfera: 12 años Variación annual: 0,41% Evolución de los gases invernadero CFC s o Halocarbonos (N 2 O) Contribución al efecto invernadero:12% 10,000 veces más efectivo que el CO 2 Fuentes antropogénicas Refrigerantes Propelentes Fabricación de plásticos Tiempo de vida en la atmósfera: 45 años Variación annual: - 0,52% Vapor de agua (H 2 O) Gas primario de efecto invernadero La cantidad depende de la temperatura Fuentes antropogénicas Irrigación Conversión de bosques en tierras agrícolas Embalses y depósitos 5

6 Evolución de los gases invernadero La mayor aportación al efecto invernadero es del CO 2 a pesar que más de la mitad del gas emitido a la atmósfera no permanece en ella (la biosfera es un almacén: océanos, bosques, etc). Variación de la temperatura global y la concentración de dióxido de carbono. Evolución de las emisiones de dióxido de carbono, en millones de toneladas por año, discriminada por región. Calentamiento global Los cambios de temperatura terrestre son el origen de otros problemas ambientales: Alteraciones climáticas. Desertización y sequías Inundaciones Fusión de los casquetes polares y glaciares con aumento del nivel del mar Destrucción de ecosistemas 6

7 Algunas conclusiones del IPCC En las zonas montañosas se reducirán las nevadas invernales. La costa oeste tiene riesgo muy alto de incendios y sequías. Hacia 2050 la selva amazónica dará paso a una sabana árida y los desiertos aumentarán su superficie. En la costa aumentará el nivel del mar provocando inundaciones. La pesca será cada vez más escasa. Algunas conclusiones del IPCC El deshielo del Himalaya provocará fuertes inundaciones en las cuencas de los grandes ríos. Las escasas precipitaciones provocarán sequías, incendios y escasez de agua potable A partir de 2030 la producción agrícola en el sur de Australia disminuirá drásticamente. 7

8 Algunas conclusiones del IPCC En el norte, se incrementarán las inundaciones y riadas. Los glaciares se deshelarán y las nevadas serán cada vez más escasas. Para 2020, entre 75 y 250 millones de personas sufrirán la escasez de agua. Las cosechas reducirán un 50% su potencial. La pesca en los grandes lagos también disminuirá. 8

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