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La Ingeniera del Siglo XXI, Ambiente y DesarrolloAmbiente y Desarrollo.

Dr. Juan Jos Ambriz Garca

XXXV Conferencia Nacional de Ingeniera

Ciudad Obregn, Sonora, 6 de junio de 2008

Coordinador de Ingeniera en Energarea de Ingeniera en Recursos Energticos Universidad Autnoma Metropolitana-Iztapalapa

Introduccin

las principales causas de que contine el deterioro del medio ambiente mundial son los patrones insostenibles de consumo y produccin tanto en los pasesde consumo y produccin, tanto en los pases industrializados como en los subdesarrollados.

es necesaria la transformacin de nuestras actitudes y comportamiento, para lograr los cambios necesarios para la subsistencia sana del planeta y sus habitantes

ONU, Cumbre sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo.Cumbre de la Tierra, Programa 21, 1992

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Desarrollo desigual

15% de la poblacin mundial de pases desarrollados realiza el 56% del consumo mundial.

40% de la poblacin ms pobre nicamente es responsable del 11% del consumo.

50% de la poblacin mundial vive con menos de 1 dlar diario

C d li t i fi i t t bl Carecen de acceso a alimentacin suficiente, agua potable, salud, educacin y servicios modernos de energa.

Desarrollo Sostenible

es el proceso de ampliar la gama de opciones de las personas, brindndoles mayores oportunidades de p , y peducacin, atencin mdica, ingreso y empleo,

un desarrollo que satisfaga las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las propias....

ONU, Cumbre sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo.Cumbre de la Tierra, Programa 21, 1992

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Energa, ambiente y desarrollo

La disponibilidad de energa es una solucin y un problema para el desarrollo sostenible:

h ibl l d ll hace posible el desarrollo pero tambin es una de las principales causas de la degradacin

ambiental

La contaminacin puede ser: Local (rea urbana de la Ciudad de Mxico, lluvia cida) Nacional Regional (nube marrn asitica) Regional (nube marrn asitica) Global (hoyo de ozono, cambio climtico)

La energa y desarrollo

No es en s misma uno de los satisfactores bsicos del hombre, pero, p

es indispensable para garantizar los procesos de desarrollo.

Su ausencia constituye una seria limitante: a la creacin de empleos, desarrollo de la agricultura y otras actividades desarrollo de la agricultura y otras actividades a la oferta de servicios sociales como salud y educacin.

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La energa y desarrollo

La falta de energa contribuye a mantener las estructuras del subdesarrollo.

En el mundo: 2,500 millones de personas no tienen acceso a servicios modernos

de energa. Un tercio de la poblacin utiliza nicamente lea.

En Mxico:% d l bl i i l l i id d 5% de la poblacin no tiene acceso a la electricidad.

La lea es el segundo energtico en importancia en el hogar.

Consumo de Energa percpita por regiones (TEP/hab)

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Consumo de energa en el mundo (Mtoe)

Petrleo crudo

Gas natural

NuclearHidrulicaCarbn

British petroleum (www.bp.com)

Petrleo crudo

Consumo de energa en el mundo (10,378 Mtoe en 2002)

Nuclear

Carbn

Agencia Internacional de la Energa (www.iea.org)

Combustibles fsiles = 79.8%

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Lea

Bagazo de caa0 9%

Geoenerga0 6%

Elica0.0%

Produccin de energa primaria en Mxico10,619 PJ (2006)

Gas natural19.9%

Hidroenerga2.9% Carbn

2.2%

2.3%0.9%0.6%

Nucleoenerga1.1%

Petrleo crudoCondensados1.3%

Petrleo crudo68.8%

Combustibles fsiles = 92.2 %

Balance Nacional de Energa 2006 (Secretara de Energa)

Generacin bruta elctrica en 2006225,079 GWh

Carbn14.0%

PIE

Combustleo21.6%

Diesel0.5%

Uranio4.8%

PIE27.1%

Geotermia3.0%

Eoloelctricas0.0%

Hidrelectricidad13.5%

Gas seco15.6%

Combustibles fsiles = 78.8 %

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Energa y contaminacin

Las sociedades menos desarrolladas tienen un nivel de consumo de energa mucho menor que el de las desarrolladasdesarrolladas.

La influencia en sus alrededores suele ser ms acentuada, ya que basan gran parte de su abasto en energticos locales

No disponen de tecnologas avanzadas para su uso.

Las tendencias energticas actuales no garantizan las metas del desarrollo sostenible y la erradicacin de la pobreza

Energa y contaminacin

Presencia de plomo en gasolinas:gasolinas:

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Lluvia cida por el Azufre de los combustibles y produccin de NOx

Por fuentes mviles Por fuentes fijas

Lluvia cida

Por fuentes fijas

Energa empleada en el transporte

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Energticos empleados por sector de consumo en Mxico (4,237 PJ; 2006)

47 0%19 9% 47.0%19.9%

TransporteResidencial

3.0%30.1%

AgrcolaIndustrial

Tendencias en la normatividad de gasolinas

Azufreppm

E.U.A.Europa

Disminucin del contenido de azufre

Normatividad ms estricta d i i

300

150

pp p

de emisiones

* 2006** 2011

30*50

15 10**

2000 2005 2010

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Disminucin del ozono atmosfrico por uso de CFC

Principalmente en el Polo Sur

Calentamiento global de la tierra y cambio climtico por el uso de hidrocarburos

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Reservas de petrleo, tipos

Reservas probadas Son los volmenes de hidrocarburos que se estima sern

comercialmente recuperables en una fecha especfica.

Reservas probables Han sido identificados por medio de anlisis geolgicos y se

tiene una probabilidad de recuperacin de al menos 50%.

Reservas posibles. La probabilidad de su recuperacin comercial es menor a la de

l b bllas reservas probables.

Recursos prospectivos. Su cuantificacin an no se ha hecho.

Reservas probadas de petrleocrudo por regiones (mMb)

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Reservas probadas mundiales de petrleo crudo (2005)

PasMiles de millones de

barriles% del total

mundial

1 Arabia Saudita 264.21 22.00

2 Irn 137.49 11.45

3 Iraq 115.00 9.58

4 K it 101 50 8 454 Kuwait 101.50 8.45

5 Emiratos rabes U. 97.80 8.15

6 Venezuela 79.73 6.64

7 Federacin Rusa 74.44 6.20

8 Kazakhstan 39.62 3.30

9 Libia 39.13 3.26

10 Nigeria 35.88 2.99

11 USA 29.30 2.44

12 Canad 16.50 1.37

13 China 16.04 1.34

14 Qatar 15.21 1.27

15 Mxico 13.67 1.14

Total mundial 1,200.71 100.0

Reservas mundiales de gas natural por regiones

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Reservas mundiales de gas natural (2005)

Pas Pies cbicos por 1012 % del total mundial

1 Federacin Rusa 1688.0 26.59

2 Irn 943.9 14.87

3 Qatar 910.1 14.34

4 Arabia Saudita 243.6 3.84

5 Emiratos rabes Unidos 213.0 3.36

6 Estados Unidos de Amrica 192.5 3.03

7 Nigeria 184.6 2.91

8 Argelia 161.7 2.55

9 Venezuela 152.3 2.40

10 Iraq 111.9 1.76

11 Kazakhstn 105.9 1.67

12 Turkmenistn 102.4 1.61

13 Indonesia 97.4 1.53

14 Australia 89.0 1.40

20 Canad 56.0 0.88

40 Mxico 14.5 0.23

Total mundial 6,348.1 100.0

Duracin el petrleo

Cenit de produccin de petrleo o peak oil

E l t l l d l d i l d Es el punto en que los volmenes de la produccin acumulada alcanzan la media de la recuperacin final.

No significa el agotamiento de las reservas

Es el momento en que la extraccin ya no puede incrementarse.

S i i i l t d d li i Se inicia la etapa de declinacin.

El concepto lo acu K. Hubbert en 1956.

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Curva de Hubbert de produccin de crudo en los EUA

Alaska

Golfo de Mxico

Predijo en 1956 que el pico de produccin sera entre 1967 y 1972

Cenit de Produccin Mundial

En 2010, ASPO (Association for the Study of Peak Oil) Salvo que haya una fuerte recesin que haga bajar el consumo. Agotamiento hacia 2070

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Reservas probadas, probables y estimadas de hidrocarburos totales en Mxico

Relacin reservas/produccinreservas/produccin = 30 aos

Con reservas probadas = 12 aos

Reservas probadas + Reservas probadas + probables = 22 aos

Recursos prospectivos de Mxico(estimados en 2007)

Prospectiva del mercado de petrleo crudo 2007-2017. Secretara de Energa

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La tendencia de descubrimiento de campos

4.00 50000.00d) e b)

Cenit de produccin de petrleo en Mxico

0 50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

10000.00

15000.00

20000.00

25000.00

30000.00

35000.00

40000.00

45000.00

DATOS

HUBBERT

RESERVATEORICA

ucci

n (M

illon

es d

e b/

d

as (m

iles

de m

illon

es d

e

0.00

0.50

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

0.00

5000.00

Viniegra, Gustavo. UAM-I. Comunicacin personal, 2008.

Prod

u

Res

erva

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Produccin en Cantarrell

Cadena energtica: de energa primaria a energa til

ENERGA ENERGA PRIMARIAPRIMARIA

ENERGA ENERGA SECUNDARIASECUNDARIA

ENERGA ENERGA TILTIL1a.transformacin 2a.transformacin

Petrleo crudo Refinera Combustibles

Uranio Central nucleoelctrica

Electricidad

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Eficiencia de transformacin

Cortesa del Ingeniero Marco A. Flix, FIDE

Recomendaciones internacionales de poltica energtica

Mantener todas las opciones energticas abiertas.

Reducir el riesgo poltico de las inversiones en proyectos de energa importantes.

Procurar que los precios de la energa cubran los costos y garantizar el pago.

Promover una mayor eficiencia energtica.

World Energy Coucil (www.worldenergy.org)

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El Paradigma: Energa-Medio Ambiente

La vertiente tecnolgica de la sostenibilidad requiere satisfacer objetivos en varios niveles: Molecular de Productos de Procesos de Sistemas Molecular, de Productos, de Procesos, de Sistemas

La sostenibilidad energtica no es slo la produccin o transformacin de energa a partir de fuentes renovables

La conexin entre generacin, transformacin y uso de energa, y su impacto en el ambiente, conllevan al estudio, anlisis y solucin integral del problema de sostenibilidad desde la perspectiva indisoluble del concepto energa-medio

ambiente.

Formacin en

Pilares cientficos fundamentales en el marco del Desarrollo Sostenible

en Energa y

Medio Ambiente

Anlisis termodinmicos Fuentes alternativas

Modelado matemticode sistemas ambientales

Ingeniera verde

Sostenibilidad

de sistemas qumicos y energticos

Termodinmica parala prevencin

de la contaminacin

Fuentes alternativasde energa

Integracin de materia,energa y ambiente

y energticos

Optimizacin multi-objetivo de

sistemas ambientalesy energticos

Eduardo Prez Cisneros, UAM-I, Comunicacin personal, 2008

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Qumica Verde (Green Chemistry)

La qumica verde forma parte integral de la Ingeniera verdeverde.

Consiste el diseo de productos y procesos qumicos que reducen o eliminar el uso y la produccin de sustancias peligrosas.

La qumica verde promueve la seguridad de los La qumica verde promueve la seguridad de los procesos al emplear sustancias inherentemente ms seguras, tanto en el diseo del proceso, como en la seleccin de materias primas, reactivos y solventes, sin descuidar que el producto final tambin debe ser inocuo.

Principios de la Qumica Verde:

1. Evite los deshechos.

2 Disee productos y reactivos ms seguros2. Disee productos y reactivos ms seguros.

3. Disee mtodos de sntesis menos riesgosos.

4. Emplee materias primas renovables.

5. Use catalizadores en lugar de cantidades

Paul Anastas and John Warner in Green Chemistry: Theory and Practice, 1998).

gestequiomtricas de reactivos.

6. Evite la formacin de derivados qumicos.

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Principios de la Qumica Verde:

7. Disee mtodos de sntesis en donde el producto final contenga la mayor parte de la materia empleada en los reactivos.

8. Emplee condiciones de reaccin y solventes ms seguros.

9. Incremente la eficiencia energtica.

10. Disee productos y reactivos qumicos que puedan degradarse despus de su uso.

11. Monitoree en tiempo real los procesos para prevenir la contaminacin.

12. Minimice la posibilidad de accidentes

Ingeniera Verde (Green Engineering)

La Ingeniera Verde se enfoca en como alcanzar la sostenibilidad a travs de la ciencia y la tecnologa.y g

La Ingeniera Verde provee de un marco de referencia en el que los cientficos e ingenieros pueden apoyarse cuando diseen nuevos materiales, productos, procesos y sistemas.

Para que sean benficos al ambiente y a la salud humana.

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Principios de la Ingeniera Verde:

1. Disee productos y procesos de manera integral, emplee el anlisis de sistemas e integre herramientas para evaluar el impacto ambientalpara evaluar el impacto ambiental.

2. Mantenga y mejore los ecosistemas naturales, protegiendo la salud humana y el bienestar.

3. Emplee un enfoque de ciclo de vida en todas las actividades de ingeniera

Green Engineering: Defining the Principles, Engineering Conferences International, Sandestin, FL, USA, May 17-22, 2003.

actividades de ingeniera.

4. Asegrese de que todas las entradas y salidas de materiales y energa sean inherentemente seguras.

Principios de la Ingeniera Verde:

5. Minimice el uso de recursos no renovables.

6. Esfurcese en prevenir la contaminacin.

7. Desarrolle y aplique soluciones de ingeniera que tomen en cuenta los aspectos locales como geografa y cultura.

8 Cree soluciones de ingeniera que vayan ms all de8. Cree soluciones de ingeniera que vayan ms all de las tecnologas dominantes, mejore, innove e invente tecnologas que permitan alcanzar la sostenibilidad.

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Anlisis Termodinmico de Sistemas Qumicos y Bioqumicos

Termodinmica Consumo de energa y

Casos de Estudio Conversin de energa Consumo de energa y

trabajo perdido. Generacin de entropa,

causas y efectos. Reduccin del trabajo

perdido.

Anlisis termodinmico de

g Separaciones y conversiones

qumicas y bioqumicas Anlisis de ciclo de vida.

Sostenibilidad de los procesos Desarrollo sostenible Eficiencia y sostenibilidad en

procesos Exerga un concepto

conveniente Exerga qumica.

Eficiencia y sostenibilidad en las industrias qumica y bioqumica.

Conversin de la energa solar. Prod. y conversin de biomasa. Economa, ecologa y termod.

Conclusiones:

1. La vinculacin energa-desarrollo-contaminacin es muy fuerte.

2. Es altamente dependiente de las estructuras actuales de consumo y produccin de la energa.

3. La humanidad quiere garantizar el desarrollo pero con un costo ambiental aceptable.

4. Implica el cambio de paradigma energa-medio ambientey el Desarrollo Energtico Sostenible.

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Conclusiones:

5. El mundo y especficamente Mxico dependen en gran porcentaje de los combustibles fsiles para su abasto energtico.energtico.

6. Este esquema de suministro energtico trae aparejados efectos importantes en el medio ambiente y de vulnerabilidad al depender de un recurso no renovable.

7. Hay evidencia de que se est cerca del cenit de produccin mundial (2010) y nacional (200 ?)produccin mundial (2010) y nacional (200_?).

8. Las polticas energticas nacionales son claramente no sustentables.

Conclusiones

9. Las discusiones sobre la reforma energtica suponen la existencia de unas reservas de hidrocarburos de tal magnitud que permiten mantener las mismas polticas

tienergticas.

10. Esto se debe en gran medida a que la venta de crudo contribuye de manera importante a las finanzas pblicas.

11. La estrategia energtica basada en el ahorro de la energa puede alargar la duracin de las valiosas reservas

12. En el mediano, la diversificacin a otras fuentes de energa es fundamental para garantizar la supervivencia y desarrollo de la sociedad mexicana.

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Muchas gracias!Dr. Juan Jos Ambriz Garca

rea de Ingeniera en Recursos Energticos, UAM-Iagj@xanum.uam.mx