CAPÍTULO 2Energía y medioambiente

CAPÍTULO 2: ENERGÍA Y MEDIOAMBIENTE

Bibliografía

Fay J.A. y D.S. Colomb. Energy and the environment. Oxford University Press, Estados Unidos, 2002.

Capítulo 9: pp. 226-263.

Capítulo 10: pp. 267-295.

Capítulo 5: pp. 88-116

Capítulo 6: pp. 120-126, 134-137

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Todas las actividades humanas producen algún impacto sobre el medioambiente.

En particular la producción y uso concentrado de grandes cantidades de energía, y en especial de combustibles fósiles, impactan negativamente sobre el medioambiente y la salud de la población.

Medioambiente

Entorno vital. Conjunto de factores físico-naturales, sociales, culturales, económicos y estéticos que interactúan entre sí, con el individuo y con la comunidad en la que vive.

Los factores físico-naturales involucran elementos y procesos del ambiente natural: inerte (aire, tierra, agua), biótico (flora, fauna) y perceptual (unidades de paisaje).

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Uso de combustibles fósiles

Impacto negativo en todas las etapas (extracción, transporte, refinado, combustión, procesamiento y disposición de los deshechos).

Carbón

Explosiones (metano) e inhalación de polvo, separación y acumulación de residuos, lavado del mineral y contaminación con metales pesados, degradación del paisaje (minería a cielo abierto).

Petróleo y gas natural

Acumulación del material del pozo, contaminación visual por las cigüeñas, derramese incendios, subproductos tóxicos del refinado.

En los tres casos

Riesgos de fugas, explosiones y colisiones durante el transporte.

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Combustión de fósiles

Genera subproductos no deseados y, a veces, tóxicos

Emisiones gaseosas y de material particulado

Efluentes líquidos

Deshechos sólidos

El mayor impacto se produce sobre la calidad del aire

Probablemente el efecto más grave a largo plazo sea la creciente concentración de CO2 en la atmósfera.

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Fuente: https://climate.nasa.gov/

USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES

Polución del aire

El primer episodio se registró en el siglo XIII a partir de la combustión de carbón, pero recién a fines del siglo XIX y principiodel XX comenzó a relacionarse con la salud.

Algunos episodios destacados

1873, Londres: episodio de niebla con 268 muertes más que lo habitual.

1930, Bélgica: 3 días, 60 muertes y cientos de hospitalizados.

1948, Pensylvania, EE.UU: 4 días, 20 muertes y 7000 enfermos.

1952, Londres: 4 días de niebla, 4000 muertes más que la media (la mayoría con enfermedades respiratorias y cardíacas preexistentes).

Pennsylvania 1948

BBC NewsLondres 1952

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USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES

Polución del aire (cont.)

Las primeras regulaciones surgen a partir de 1950

El episodio de Londres de 1952 originó que el parlamento británico sancionara en 1956 una disposición regulando la utilización del carbón (Clean Air Act).

En EE.UU. la primera disposición se aprobó en 1963 (enmendada en el 70, 77 y 90) y en 1970 creó la EPA (Environmental Protection Agency).

El período no regulado produjo serios perjuicios sobre la atmósfera, y en algunos países se tardó en aceptar los efectos producidos por las centrales eléctricas (p. ej. lluvia ácida).

La polución del aire no tiene fronteras. Se necesita cooperación internacional y tratados específicos para evitarla o contenerla.

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POLUCIÓN DEL AIRE

Agentes de polución

Primarios

Son emitidos directamente por la fuente

Dióxido de azufre (SO2)

Óxidos de nitrógeno (NOx)

Monóxido y dióxido de carbono (CO y CO2)

Vapores orgánicos

Partículas

Secundarios

Se producen a partir de los agentes primarios por medio de reacciones químicas en la atmósfera

SOx, H2SO4 (ácido sulfúrico)

Nox, HNO3 (ácido nítrico)

Ozono (O3)

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POLUCIÓN DEL AIRE

Límites

Es técnicamente posible reducir la polución a valores seguros limitando la emisión de algunas sustancias.

La mayoría de los países industrializados establecen límites máximos para las emisiones mediante dos tipos de estándares

Estándares de emisión

Grandes fuentes (industrias, centrales, etc.): se definen de manera que luego de dispersarse en el aire, a una distancia determinada de la fuente, la concentración no cause efectos considerables sobre la salud o el medioambiente.

Pequeñas fuentes (vehículos): se definen en base a la emisión acumulada de todas las fuentes.

Estándares ambientales

Definen las concentraciones máximas tolerables en el aire, y el tiempo promedio de exposición.

En general no regulan el uso residencial y comercial.

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Límites (cont.)

Ejemplo de estándares de emisión para generadores de vapor

La tasa de emisión de SO2 puede estimarse conociendo el contenido de azufre del combustible y la cantidad de éste.

Esto no ocurre para CO, NOx y material particulado, porque depende del proceso de combustión. Se determinan realizando mediciones en la chimenea de humos.

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POLUCIÓN DEL AIRE

Límites (cont.)

Forma alternativa de regulación para fuentes estacionarias

Se basa en establecer la tecnología de control necesaria para obtener la emisión deseada.

Las clasificaciones existentes son:

BACT (Best Available Control Technology)

MACT (Maximum Achievable Control Technology)

RACT (Reasonable Available Control Technology)

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EMISIONES

Óxidos de azufre y de nitrógeno

Óxidos de azufre (SOx)

Al quemar el combustible, el azufre se combina con oxígeno y se produce dióxido (SO2) y trióxido (SO3) de azufre (lluvia ácida).

El SO2 es un gas corrosivo, ácido, sin color y con olor sofocante.

Óxidos de nitrógeno (NOx)

Los más significativos en la industria son el óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2).

El NO se forma en la combustión de todos los fósiles, se potencia con la temperatura de combustión y la concentración de oxígeno.

También puede ser de origen térmico, por la recombinación del N y O del aire por efecto de la temperatura.

El NO2 se produce a partir de la oxidación del NO en la atmósfera.

La mayor emisión corresponde a la naturaleza, seguido por el transporte. Las centrales no son las mayores responsables.

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EMISIONES

Foto-oxidantes

Son agentes secundarios formados a partir de los primarios por acción de la luz solar.

El mayor exponente es el ozono (O3) que se forma de la siguiente manera

El NO2 se disocia en NO y O por efecto de la luz solar (<420nm)

El O liberado se asocia con O2 del aire y se produce O3.

El O3 en la tropósfera es perjudicial para la salud y debe prestarse especial cuidado en regiones con niveles de insolación elevados.

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EMISIONES

Óxidos de carbono

Monóxido de carbono (CO)

Se produce por causas naturales (gases de pantanos, vegetación, tormentas eléctricas, incendios forestales), pero la mayor incidencia es humana.

La concentración media de CO es 0.1 PPM. En Los Ángeles se han registrado valores de 11PPM.

La remoción es por oxidación atmosférica dando CO2, disolución en agua, absorción en vegetales, entre otros.

Dióxido de carbono (CO2)

Se produce por causas naturales (descomposición de vegetales, emisión de volcanes y respiración de seres vivos) o artificiales (combustión).

Se encuentra en la atmósfera en relación 5000:1 respecto al CO.

Es un gas incoloro, inodoro y levemente ácido.

Sin tratamiento adicional, las plantas de carbón producirían 1000 kg/MWh y las de gas la mitad.

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POLUCIÓN DEL AIRE

Efectos cuando se superan los límites tolerados

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EFECTO DE LAS EMISIONES

Lluvia ácida

Los precursores son el SO2 y el NO2

Reaccionan con oxidantes y moléculas de agua presentes en la atmósfera dando lugar a sustancias ácidas.

La deposición puede ser húmeda (precipitación) o seca (en forma directa).

Transformación por ruta gaseosa

Ácido sulfúrico por combinación de SO2 y agua

Ácido nítrico por combinación de NO2 con agua

La lluvia normal tiene un pH entre 5 y 6 (levemente ácida), pero la lluvia ácida puede llegar a un pH de 3, frecuentemente entre 4 y 5.

Las precipitaciones pueden ocurrir en lugares muy distantes de donde se produjeron las emisiones.

SO2+OH → HSO3 HSO3+OH → H2SO4

NO2+OH → HNO3

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EFECTO DE LAS EMISIONES

Lluvia ácida (cont.)

Tiene efectos sobre estructuras (erosión, corrosión, desfiguración de monumentos) y vegetación

Photographer: Michael Drager | Agency: Dreamstime.com

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