La energía del futuro, de donde provendrá
Ing Electromec. Alejandro Carlos Giardino
Intro [arriba]
La humanidad tiene por característica distintiva ser un ente crecientemente demandante de energía en todas sus formas y orígenes. El hombre, a través de su ingenio y en su capacidad de desarrollo, tiende a requerir cantidades incrementales de energía útil tanto para su subsistencia básica como para sus requerimientos de confort.
La sociedad actual se encuentra dentro de un alegre festival de consumo energético por la utilización de la biomasa originada por el proceso de la fotosíntesis solar convertida en hidrocarburos fósiles a lo largo de miles de millones de años con los consiguientes beneficios de una alta tasa de densidad energética . El planeta Tierra ha sido un inmenso acumulador de energía solar desde el origen de la vida, que la humanidad está determinada a devorar hasta su total explotación en el plazo de algunas pocas generaciones. La utilización del gas natural, el petróleo y el carbón fósiles tiene sus días contados a corto plazo considerado en los términos de las eras geológicas.
Energías renovables [arriba]
Las energías renovables, o dicho de otra manera la utilización actual de la renta energética solar que recibe nuestro planeta, tienen su cabida parcial de respuesta a la pregunta planteada en el título de este artículo. Si bien son la solución a la Crisis Ambiental Global causada por la sobreemisión de gases de efecto invernadero conllevan algunas desventajas que deberán ser atendidas en el momento en que la matriz energética vea crecer en importancia su participación porcentual en el contexto mundial.
Algunas características no deseables de las energías renovables hacen que, a pesar de ser la renta solar inmensamente superior a la demanda energética actual y futura, una matriz energética 100% basada en renovables no sea la respuesta total a las necesidades acumuladas de las próximas generaciones ni aún la respuesta a la anteriormente mencionada crisis ambiental . La baja densidad inherente a este tipo de generación, la generación de energía atada a factores no manejables por los requerimientos de la demanda, la necesidad de gran acumulación energética, la falta de sintonía entre oferta y demanda, la necesidad de transformar toda la transmisión a redes inteligentes, el requerimiento de tecnologías de la domótica y el gran dependencia de redes mundiales atentan contra una utilización integral de las energías renovables,
Lo expuesto anteriormente no significa que hoy, el mundo no deba realizar inmensos esfuerzos económicos y tecnológicos como para tender a solucionar con este tipo de energías los acuciantes problemas climáticos en ciernes. Hoy el mundo requiere inmediata mutación a la máxima cantidad de energías renovables digeribles por la red desde todos sus aspectos.
La energía inherente a la masa [arriba]
Pero la generación basal, la energía fuerte que hoy mueve al mundo a través de los hidrocarburos fósiles con todas las desventajas ambientales que ellas conllevan, deberán ser reemplazadas por otro tipo de energía cuyas características superen la fortaleza de este modelo hidrocarburífero..
De acuerdo a la conocida relación descripta por Einstein la equivalencia entre una unidad de masa que desaparece y la consiguiente unidad de energía que se crea está indicada por un factor que es el cuadrado de la velocidad de la luz. Siendo la velocidad de la luz una dimensión de tremenda magnitud (la mayor velocidad medible de cualquier móvil) su valor cuadrático es de un tamaño inconmensurable y que nos indica que la mayor fuente energética del universo es la masa. Haciendo desaparecer masa obtenemos ingentes cantidades de energía. Para tener una idea de la relación podemos enumerar que en un proceso de fusión solo 1 gramo de combustible genera la misma energía que 8000 litros de petróleo o que la relación es 8.000.000 a 1 entre la masa y los hidrocarburos en cuanto a su rendimiento energético. Esto representa una densidad energética realmente elevada y no igualada por ningún otro proceso natural del universo..
La desaparición de la masa en las reacciones nucleares se verifica durante la transmutación de la misma por dos tipos de procesos a) fisión (separación de núcleos de átomos pesados) o b) fusión (unión de núcleos de átomos livianos).
Fisión [arriba]
Siendo el uranio el elemento más pesado del universo, es lógico que se busque la físión de éste como fuente de energía dado su mayor rendimiento energético. Dos isótopos del mismo (Isótopo: igual cantidad de partículas positivas y diferente cantidad de partículas neutras en su núcleo) son tecnológica y económicamente aptos para llevar adelante este proceso. El U 235 y el U233
U235.. La totalidad de las 440 centrales nuclearos hoy en operación en el mundo están basadas en la fisión del U235..¿Cual es el motivo de esta masiva utilización del U235? Tan simple como que con la tecnología para generar energía con el U233 no se obtiene consecuentemente material para la fabricación de arsenal nuclear como si se obtiene del U235.
El Uranio natural obtenido a través de la minería se compone casi totalmente de 99,3% de U238 no fisible y 0,7% del mencionado U235 fisible. En estas proporciones radica el motivo del uso del U235 como fuente energética.. Cuando el U238 naturalmente estable pero fértil es bombardeado por las partículas generadas por la transmutación del U235 naturalmente fisible se transforma en Plutonio apto para la fabricación de armamento nuclear. Los primeros reactores nucleares tenían como primer finalidad obtener Plutonio bélico y la subsecuente energía eléctrica era solo un by-’product del Plutonio..Debido a esta obtención de Plutonio es que la generación eléctrica avanzó totalmente sobre la fisión del U235 en vez de la del U233.
La carrera nuclear bélica, es la madre y causa de las controvertidas centrales atómicas basadas en el U235 actualmente en operación en todo el mundo. Three Mile Island, Chernobil, Vogtle, Fukushima son algunas de las consecuencias de la operación de estas centrales.
Algunas previsiones de reservas adelantan cierta escasez de Uranio tan pronto como en la década del 2030
U233 .Aunque la energía en base Torio también nació con fines bélicos, construir un bombardero nuclear que volara eternamente sobre Rusia, rápidamente mutó hacia la generación comercial de energía. El Torio material no fisible pero fértil, se convierte en U233 totalmente apto para operar centrales nucleares sin los peligros atinentes al U235 y por lo tanto mucho más económico. Se proyecta que dentro de esta década, la India estará generando energía con centrales alimentadas por Torio proveniente de las abundantes arenas ricas en monacita de las playas del sur de este país. Algunos analistas calculan que los costos de la energía producida por este isótopo cuando esta tecnología alcance su madurez, será inferior al de las actuales centrales a carbón.
Las reservas mundiales de Torio.se estiman 10 veces mayores que las de Uranio por lo que estas abundantes reservas sumadas al mayor potencial energético del U233 hacen prever una utilización del Torio para generar energía a lo largo de varios siglos..
Fusión [arriba]
Deuterio y Tritio. La fusión es la fuente energética por antonomasia del universo. La obtención de energía útil para el hombre a través de la misma, presenta algunos desafíos científico-tecnológicos que todavía el estado actual del conocimiento de esta técnica debe superar. Los principios de Lawson que describen los parámetros de inicio de las reacciones de fusión indican que la ignición de, los combustibles presentes de este proceso en la gravedad terrestre requieren temperaturas 10 veces superiores al núcleo del Sol, esto representa unos 150 millones de grados para que el plasma activado de Deuterio y Tritio inicie su reacción generadora de energía bajo poderosísimos campos electromagnéticos que lo comprimen y confinan separándolo de las paredes del contenedor llamado Tokamac como acrónimo de Cámara Toroidal de Confinamiento Magnético.
Hoy en Cadarache .Francia los 34 países de mayor avanzada tecnológica del mundo, mancomunan sus esfuerzos en el proyecto ITER, por International Thermofusion Experimental Reactor, para obtener una reacción de fusión que genere 10 veces más energía que la insumida en su ignición. A partir de ITER, se planea construir centrales de Fusión tan pronto como antes del 2040. Cada metro cúbico de agua del mundo contiene 33 gramos de Deuterio y el Tritio se autogenerará en este proceso por lo que las reservas de combustible alcanzan para varios siglos. El producto resultante de esta reacción son trazas de gas Helio absolutamente inerte y no contaminante ni causante de efecto invernadero.
La ciencia avanza a grandes pasos en esta especialidad. Tanto es así que los laboratorios del plasma del MIT han desarrollados superconductores de tierras raras y óxidos de Cobre y Bario que no existían cuando se diseñó ITER. Hoy son comercialmente accesibles bajo la denominación REBCO. La densidad del plasma es altamente dependiente de la magnitud de los campos magnéticos confinantes en varios órdenes de potencia. Esto hace que se pueda diseñar Tokamaks mucho menores entamaño para la misma potencia y por lo tanto mucho mas económicos y factibles de construcción.
Deuterio y Helio3 En una segunda etapa de las fuentes energéticas de este tipo, el Helio 3 se fusionará con Deuterio para generar energía con mayor rendimiento energético que el D-T. El He3 no existe en la Tierra dado que se genera en el Sol y se difunde a través del espacio. La Tierra lo rechaza debido a su atmósfera y campo magnético pero la superficie de la Luna está impregnada de este gas como lo demostraron las muestras de roca traídas por las diferentes expediciones lunares en una proporción que alcanzaría hasta 100 siglos de generación. La antena de 35 metros de diámetro que está construyendo China en Bajada del Agrio en Neuquén, se encuentra en las antípodas de antenas similares para complementar las misiones de exploración a fin de desarrollar la minería del He3 en la Luna.
Fuentes [arriba]
IRENA
IEA
ITER
WNA
IAEA
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