Tema+7bis

Curso EnergCurso Energíía y Medio Ambiente. Grado a y Medio Ambiente. Grado de Fde Fíísica. Itinerario Fsica. Itinerario Fíísica Aplicadasica Aplicada

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EnergEnergíía y a y Medio AmbienteMedio Ambiente

Tema 7bisTema 7bis

Cambio climCambio climááticotico


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22

El clima en la Tierra

� La inclinación del eje de la Tierra provoca diferentes climas en las distintas regiones

� Los trópicos están cerca del Sol a lo largo de todo el año

� El hemisferio norte se aproxima al Sol durante el verano septentrional y el hemisferio sur lo hace en el verano austral


33

El efecto invernadero� La radiación solar entra a través de la atmósfera (1)

� El UV pasa en parte se absorbe y en parte se refleja en las nubes (2)

� Al llegar a superficie la radiación solar se transforma en IR

� Parte del IR que sale de la superficie escapa (3) y otra parte se retiene (4) por los GEI


44

El efecto invernadero

� El calor se refleja de nuevo hacia la Tierra (5)

� Al calentarse la Tierra emite calor que en parte se pierde en el espacio (6) y en parte vuelve de nuevo (7)

� Los GEI son los responsables de este efecto: CALENTAMIENTO GLOBAL DEL PLANETA


55

El efecto invernadero

� Los principales GEI son el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, el óxido de nitrógeno, y el ozono

� El vapor de agua no representa problema porque se elimina en forma de lluvia

� El mayor responsable de los GEI es el CO2


66

El efecto invernaderoCurva de Keeling

300,0

310,0

320,0

330,0

340,0

350,0

360,0

370,0

380,0

390,0

400,0

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

Año

Con

teni

do C

O2


77

El equilibrio energético

� La Tierra recibe energía del Sol (1)

� Parte se queda en la atmósfera (2)

� Parte se refleja hacia fuera (3)

� El resto llega a la superficie terrestre (4)

� De esta última, una parte se refleja de nuevo hacia fuera (5)


88


� Al calentarse la superficie emite calor (6)

� Una parte importante la retienen los GEI (7)

� El resto se libera al exterior (8)

� La atmósfera, al calentarse, emite calor (9)

� Los GEI, al calentarse, emiten calor hacia el exterior (10) y hacia la superficie terrestre (11)


99


� El balance para la superficie terrestre se debe, fundamentalmente, a dos efectos, la ganancia por energía solar y la radiación infrarroja no eliminada


1010


� En ausencia de efecto invernadero el balance de energía sería como aparece en la figura


1111

El equilibrio energéticoEl balance para la superficie terrestre es el siguiente:

0-480Emisión infrarroja hacia la atmósfera

480312Emisión infrarroja de la atmósfera

168-30Reflexión en la superficie

198-77Reflexión en la atmósfera

275-67Absorción por la atmósfera

342342Energía solar incidente

BalanceCantidadFenómeno


1212

El equilibrio energéticoEl balance para el espacio exterior es el siguiente:

0235Emisión infrarroja de la atmósfera

23530Reflexión en la superficie

-26577Reflexión en la atmósfera

-342-342Energía solar incidente



1313

El equilibrio energéticoEl balance para la atmósfera terrestre es el siguiente:

0-312Emisión infrarroja hacia la superficie terrestre

312-186Emisión hacia el espacio exterior

498431Absorción neta IR de la superficie terrestre

6767Absorción por energía solar incidente



1414


� El balance global para los distintos elementos es:

0

Espacio exterior

00

Atmósfera terrestre

Superficie terrestre


1515


� En presencia de efecto invernadero el balance de energía sería como aparece en la figura


1616

El equilibrio térmico

El balance para la superficie terrestre es el siguiente:

12490Emisión IR hacia la superficie terrestre

502334Absorción IR de la atmósfera terrestre




1717


El balance para la atmósfera terrestre es el siguiente:

29-334Emisión infrarroja hacia la superficie terrestre

363-195Emisión hacia el espacio exterior

558491Absorción neta IR de la superficie terrestre




1818


� El balance global para los distintos elementos es:

2912

Atmósfera terrestre

Superficie terrestre


1919


� El resultado final del balance térmico es que tanto la superficie terrestre como la atmósfera se van calentando progresivamente, lo cual conduce a un cambio climático a escala global


2020

El impacto humano

� El último siglo ha registrado un aumento de la temperatura global de 0.8ºC

� El incremento de temperatura en los últimos 200 siglos ha sido de 4ºC (0.02ºC/siglo)

� La velocidad de calentamiento es, actualmente, 40 veces superior

� Este fenómeno es provocado por el enorme consumo de energía del planeta

� La moderna forma de vida genera un calentamiento global exagerado


2121

Predicción del clima

� La predicción climática se basa en modelos

� Los modelos se basan en datos tales como el comportamiento de los océanos, o como crece la vegetación

� El modelo permite predecir la evolución del CO2 o la influencia de los aerosoles

� Así, se estima como será el clima futuro


2222

Predicción del clima� Los modelos se basan en escenarios. El más común está basado en un crecimiento económico sostenido y el correspondiente aumento de las emisiones de GEI

� La figura inferior predice la temperatura en el planeta que se espera en 2090 basada en un aumento sostenido de las emisiones de GEI


2323

El ciclo del carbono

� El carbono se almacena tanto en la materia orgánica (1) como en el carbón (2)

� Si la materia orgánica no está enterrada, el carbono vuelve al aire en forma de CO2

� Si está enterrada se descompone y termina convirtiéndose en carbón (turba)


2424

El ciclo del carbono� La lluvia disuelve el CO2

y forma CO3H2 (ácido carbónico débil)

� Este ácido es arrastrado y acaba por formar carbonatos

� Los carbonatos son arrastrados al mar y asimilados por los organismos marinos

� Cuando éstos mueren se forma piedra caliza que almacena CO2 durante millones de años


2525

El ciclo del carbono

� Las erupciones volcánicas vierten enormes cantidades de CO2 a la atmósfera

� Este CO2 termina por formar carbonatos mediante el proceso de arrastre por lluvia y formación de ácido carbónico débil


2626

Combustibles fósiles

� El uso del carbón permitió a la sociedad acceder a una fuente de energía abundante y manejable propiciando la primera revolución industrial

� Su uso creciente ha provocado un gran impacto ambiental debido a los gases contaminantes y a los residuos (hollín)


2727


� El descubrimiento del petróleo supuso la progresiva sustitución del carbón como principal fuente de energía

� El desmesurado uso del petróleo ha provocado la emisión de enormes cantidades de GEI y una contaminación ambiental considerable


2828


� En la actualidad las centrales de energía nuclear han sido propuestas como medio de sustituir a las centrales de combustible fósil

� Estas centrales sólo emiten vapor de agua, pero tienen el problema de los residuos nucleares, de muy larga vida media


2929

La cultura del carbono

� La sociedad ha basado durante muchos años su desarrollo en el uso del carbono

� El carbón (1) alimenta una caldera (2) para generar vapor de agua, que mueve una turbina (3) para generar electricidad (4), la cual se transporta (5) para ser distribuida y consumida (6)


3030

Reducción del carbono

� Está claro que la sociedad debe tomar medidas para combatir el cambio climático, reduciendo las emisiones de GEI

� Para conseguir esto, una buena forma es sustituir el uso del carbón de los combustibles fósiles por gas, mucho más limpio y eficiente


3131

Gasificación del carbono� Una buena forma de sustituir el uso del carbón por gas es gasificar el carbón

� La planta de gasificación bombea aire y vapor al subsuelo (1)

� El aire y el vapor se mezclan con el gas acumulado en el yacimiento de carbón (2)

� Al arder, la mezcla gaseosa genera calor (3)


3232

Gasificación del carbono� El calor hace que el carbón produzca gas (4)

� La presión del agua del subsuelo retiene el gas (5)

� El gas asciende a superficie por un conducto (6)

� El CO2 se separa del gas (7)

� El CO2 se reinyecta en el subsuelo (8)

� El gas se utiliza como combustible para producir electricidad (9)


3333

Captura y almacenamiento del carbono

� Otra manera de reducir el efecto de los GEI es capturar y almacenar el carbono

� Para ello, se usan sustancias como la etanolamina, que absorbe entre 82% y 95% del CO2

� Si se calienta la etanolamina se libera el CO2


3434

Captura y almacenamiento del carbono

� Por otra parte, es posible emplear el CO2 como elemento impulsor para extraer petróleo o gas del subsuelo

� En teoría, este método permitiría absorber las emisiones de CO2 de todas las centrales de energía del planeta


3535

La energía nuclear� La energía nuclear es una fuente de energía abundante y fiable que no produce GEI

� Aprovecha la formidable energía almacenada en el átomo de uranio al perderse masa (E=mc2)

� Sus residuos, sin embargo, son muy peligrosos y duraderos

� Suscita mucha controversia por sus posibles usos militares


3636

La energía nuclear

� La reacción nuclear genera energía (1)

� El calor desprendido genera vapor de agua (2)

� El vapor mueve una turbina (3) y produce electricidad (4)

� Las reacciones nucleares se controlan con barras de grafito (5)


3737

Energías renovables� El uso del viento por el hombre viene de tiempos ancestrales, tanto para navegar como para mover molinos y norias con los que moler grano

� Hoy en día el viento se usa en modernos aerogeneradores, o molinos de viento, para producir electricidad, evitando así el consumo de combustibles fósiles


3838

Energías renovables

� El uso del Sol, tanto para generar calor, a partir de captadores térmicos, como electricidad, usando paneles fotovoltaicos, permite, igualmente, evitar el uso de combustibles fósiles, reduciendo las emisiones de GEI y combatiendo el cambio climático


3939

Energías renovables

� Además del viento y el Sol, se puede usar la fuerza del mar, mareas y olas, para producir electricidad

� Las modernas centrales mareomotrices aprovechan la energía de las mareas, dejando pasar el agua (1), cuando la marea baja (2), por una turbina (3) para producir electricidad (4)


4040

La energía en la sociedad

� Aunque las grandes centrales son imprescindibles para el funcionamiento de industrias, grandes centros e instalaciones de gran tamaño, los hogares pueden contribuir a combatir el cambio climático mediante el uso combinado de fuentes de energía que no empleen combustibles fósiles

� Así, una vivienda puede usa energía del viento, solar, geotérmica, mini-hidroeléctrica, etc., en función de la ubicación y la disponibilidad

� Aunque hoy en día los aparatos no están al alcance de todos, se espera que su mejora y aumento de uso reduzcan el precio y mejoren la eficiencia


4141

La energía en la sociedad

� El uso del calor acumulado en el subsuelo es una buena alternativa al empleo de combustibles fósiles para el calentamiento de viviendas

� Hoy en día, las bombas de calor geotérmicas permiten un buen aprovechamiento de la energía del subsuelo. En EEUU funcionan diariamente 600000


4242

Bomba de calor geotérmica

� Se bombea agua con anticongelante por un circuito enterrado en el jardín (1)

� El agua absorbe el calor del terreno (2)

� El agua calentada se inyecta en un circuito bajo el suelo de la vivienda que actúa como radiador (3)

� El agua enfriada se retorna al circuito del jardín


4343

Eficiencia energética� El problema del cambio climático, derivado del uso excesivo de energía, no sólo se remedia produciendo energía a partir de combustibles no contaminantes, sino reduciendo el uso de la energía

� Si nos decidiéramos a reducir nuestro consumo de energía, o hacer uso de ella de forma eficiente, las energías renovables podrían abastecer la casi totalidad de los servicios básicos

� Muchos aparatos modernos siguen gastando, incluso “apagados” (en espera), se usan de manera poco eficiente, abrir y cerrar la nevera con frecuencia, o de forma descuidada (luces, ordenadores, etc., encendidos sin que se estén usando)


4444

Eficiencia energética

� El uso de aparatos eficientes, como bombillas de bajo consumo (gastan 7 veces menos), pantallas LCD (gastan la mitad que las de plasma), electrodomésticos clase A (utilizan menos de la mitad de energía) es una buena forma de combatir el cambio climático


4545

Eficiencia energética

� Un correcto diseño de edificios y viviendas permitiría ahorrar más de un 40% de la energía utilizada, lo que eliminaría toneladas de GEI vertidas a la atmósfera

� Las viviendas modernas pierden una gran cantidad de energía a través de malos aislamientos de muros y ventanas


4646

Eficiencia energética� El uso de vehículos más eficientes o incluso eléctricos, reduce de manera notable la emisión de GEI al medio ambiente

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