La Agencia Internacional de la Energía define la energía solar como aquella que se puede extraer de la luz solar que llega a la tierra y ser transformada en otras formas de energía útil, como energía térmica o eléctrica.

La luz solar puede ser convertida de manera directa en energía eléctrica, a través de celdas fotovoltaicas o bien en energía calórica a través de equipamiento de concentración solar.

En los sistemas de aprovechamiento térmico, el calor recogido en los colectores solares o concentradores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades como, por ejemplo, obtención de agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para fines de calefacción, aplicaciones agrícolas, y la producción de electricidad a través de un proceso termoeléctrico.

Por su parte, los Paneles Fotovoltaicos, que constan de un conjunto de celdas solares, se utilizan para la producción de electricidad y constituyen una adecuada solución para el abastecimiento eléctrico tanto en áreas rurales como desérticas, que cuentan con un recurso solar abundante. La electricidad obtenida mediante los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse en forma directa, o bien ser almacenada en baterías para utilizarla durante la noche.

Fuente: Internacional Energy Agency

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La energía eólica es aquella energía cinética que se encuentra disponible en una masa de aire en movimiento (viento). Según la Administración de Información de la Energía de los EE.UU. esta energía ha sido utilizada por el ser humano desde, al menos, el año 5.000 A.C.

Los aerogeneradores son dispositivos diseñados para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica. Producto de intensas actividades de investigación y desarrollo, su diseño aerodinámico ha tenido importantes variaciones desde sus orígenes a la fecha. En la actualidad, el diseño más común consiste en una turbina de tres palas) montadas sobre una torre. La turbina está acoplada mecánicamente a un generador eléctrico. La cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad dependerá, además de la velocidad del viento, de la altura de la torre y del largo de sus palas.

Fuente: EIA – U.S. Energy Information Administration

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La bioenergía se define como la energía contenida en la biomasa. La biomasa corresponde a cualquier materia orgánica que esté disponible de manera renovable, tales como residuos de animales, plantas, cultivos o deshechos orgánicos.

Dependiendo de la biomasa que se utilice, la bioenergía puede ser utilizada como energía térmica, a partir de la quema directa, o bien a partir de un proceso de transformación en un combustible gaseoso (biogás) o en un combustible líquido (biocombustible).

Fuente: Agencia Internacional de la Energía

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La Asociación Europea de la Energía Oceánica plantea que hay, al menos, cuatro formas de extraer el contenido energético disponible en los mares: tecnología undimotriz, mareomotriz, de gradiente térmico y de gradiente de salinidad.

La tecnología undimotriz extrae energía del movimiento de las olas, de igual forma, la tecnología mareomotriz aprovecha las mareas o corrientes marinas. Por su parte, la tecnología de gradiente térmico aprovecha las diferencias de temperatura entre la superficie y las aguas profundas, y, por último, está la tecnología gradiente de salinidad.

Chile es un país que tiene más de 4.500km de costa y una tradición naval importante, por lo que se estima que la energía de los mares puede jugar un rol, tanto a nivel de provisión de energía a la red como en aplicaciones descentralizadas. Con el propósito de aprovechar estas ventajas, nuestro país ha estado preparando sus capacidades tecnológicas poniendo en marcha una serie de iniciativas público-privadas, que buscan entender mejor el tipo de recurso de recurso y su disponibilidad en el territorio, evaluar los impactos ambientales y sociales, así como también preparar el capital humano necesario para facilitar la implantación de esta tecnología cuando esta esté en condiciones de competir en el mercado.

Fuente: Ocean Energy Europe

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La energía eléctrica producida a partir de la energía potencial contenida en un volumen de agua ubicado a una cierta altura se denomina energía hidroeléctrica. En Chile, se utilizan generalmente dos tipos de centrales, de embalse y de pasada.

Las centrales de embalse interrumpen el curso normal de un río con el propósito de controlar la acumulación o liberación del agua almacenada, lo que permite gestionar la cantidad de energía producida. Las centrales de pasada desvían momentáneamente una parte del caudal de un curso de agua, con el propósito de dejarla caer sobre una turbina que produce la electricidad. Una vez terminado el proceso, el agua es devuelta al cauce natural.

La energía hidroeléctrica es renovable y su disponibilidad depende principalmente de los ciclos hidrológicos. Es del caso señalar que la Ley General de Servicios Eléctricos, en su artículo 225, define que serán consideradas como Medios de Generación Renovables No Convencionales, aquellas centrales hidroeléctricas cuya potencia conectada sea inferior o igual a los 20 MW.

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La energía geotérmica de alta entalpía es aquella en forma de calor que está disponible bajo la superficie terrestre, a profundidades relativamente bajas, producto de la presencia de magma a alta temperatura.

Una forma de extraer esta energía es aprovechar yacimientos de agua o vapor subterráneo que estén cercanos a la fuente de calor.

El calor extraído en la superficie se utiliza para producir vapor a presión que alimenta a una turbina encargada de la producción de electricidad. Finalmente, en las centrales de ciclo cerrado, el agua es reinsertada al yacimiento con el propósito que absorba nuevamente la energía térmica disponible.

Por su parte, la energía geotérmica de baja entalpía aprovecha las propiedades de aislación térmica de la parte más superficial de la corteza terrestre. A unos pocos de metros bajo tierra, la temperatura se mantiene estable durante el año en algunas decenas de grados Celsius. Con el propósito de aprovechar este fenómeno, se instala un circuito de cañerías bajo tierra, y se hace circular lentamente un líquido caloportador que en la superficie está a temperatura ambiente. Independientemente de cuál sea la temperatura ambiente, el líquido, al circular por las cañerías, equilibra siempre su temperatura con de la tierra. Así, si la temperatura ambiente es menor a la del interior de la cañería, entonces el líquido absorbe temperatura, mientras que, si el ambiente tiene una temperatura superior, entonces baja su temperatura.

Existe una gran variedad de formas para aprovechar la geotermia de baja entalpía, tanto para calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria. Una forma que ha probado ser eficiente es el uso de bombas de calor.

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Los sistemas de almacenamiento de energía no producen energía por sí mismos, sino que permiten absorber energía desde una fuente en un momento determinado, y entregarla en otro momento para su consumo.

Según lo indica el Centro de Sistemas Sustentables, de la Universidad de Michigan, las tecnologías de almacenamiento están siendo desarrolladas, al menos, desde la primera mitad del siglo XIX. No hay una única forma de clasificar los sistemas de almacenamiento, sin embargo, lo más común es hacerlo a partir de la forma de energía que es almacenada. Así, es posible distinguir los sistemas de almacenamiento eléctricos, químicos, electroquímicos, mecánicos, hidráulicos y térmicos.

A la fecha, los sistemas de almacenamiento de energía se han masificado en aplicaciones donde no se requieren altos volúmenes de energía. Sin embargo, la investigación y desarrollo en esta área tomó fuerza, primero con la crisis del petróleo en EE. UU. de los años 70s y, más recientemente, a partir del impulso dado por la industria de la movilidad eléctrica.

Desde la perspectiva de las aplicaciones en la red eléctrica, que requieren grandes volúmenes de energía, los sistemas de almacenamiento más comunes son los de bombeo. Estos emulan la operación de una central hidroeléctrica, ya que utilizan energía eléctrica para bombear grandes volúmenes de agua hacia un depósito ubicado a una cierta altura, almacenando la energía en forma de energía potencial. Para extraer la energía, se deja caer el agua sobre una turbina, la cual está acoplada a un generador eléctrico.

Con los últimos desarrollos tecnológicos, el almacenamiento electroquímico en formas de baterías ha ido aumentando la cantidad de energía almacenable, al mismo tiempo que ha reducido considerablemente sus costos de inversión.

El primer sistema de almacenamiento conectado a la red eléctrica instalado en Chile está en la Subestación Eléctrica Andes, y fue puesto en servicio en 2009.

Fuente: Center for Sustainable Systems (University of Michigan)

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Actualidad

Publicado el 22-03-2021
La industria pesada de Europa experimenta con el hidrógeno verde para descarbonizarse

Sectores como el acero, el cemento y la petroquímica, que requieren un calor extremo durante la producción, deben reducir su huella de carbono.

A orillas del Rin, en el noroeste de Alemania, se encuentra la planta de Thyssenkrupp de Duisburg, la acería integrada más grande de Europa. La enorme instalación produce alrededor de 11 millones de toneladas de acero al año, junto con 20 millones de toneladas de dióxido de carbono, cerca de 2,5% de las emisiones de CO2 del país.

Con las naciones de la UE comprometidas con una reducción de 55% en las emisiones de gases de efecto invernadero para 2030, empresas como Thyssenkrupp deben descarbonizarse rápidamente. Su plan para convertir los hornos de Duisburg a hidrógeno se encuentra entre los más ambiciosos de la industria pesada.

Sectores como el acero, el cemento y la petroquímica, que requieren un calor extremo durante la producción, tienen una enorme huella de carbono. El acero es responsable de entre 7% y 9% de todas las emisiones directas de combustibles fósiles, y cada tonelada producida resulta en un promedio de 1,83 tonelada de CO2, según la Asociación Mundial del Acero. El cemento representa alrededor de 8% de todas las emisiones globales.

La industria pesada, particularmente en Europa dadas sus reglas ambientales, está más avanzada que la mayoría en la descarbonización. Pero recién está comenzando. Si bien la mayoría de los grupos siderúrgicos europeos están considerando el hidrógeno como una ruta para fabricar el llamado acero bajo en carbono, los rivales chinos se han centrado más en combinar la fabricación de acero tradicional con la tecnología de captura y almacenamiento de carbono.

Los detractores dicen que el gas es solo una de varias soluciones para descarbonizar los procesos de producción, y que el uso generalizado del hidrógeno limpio o ‘verde’ se verá limitado por la infraestructura y los volúmenes de energía renovable necesarios. Sin embargo, los expertos afirman que los gobiernos y las empresas no tienen más remedio que superar estos obstáculos si la industria pesada quiere reducir sus emisiones.

Corazón del hidrógeno verde

Arnd Köfler, director de tecnología de Thyssenkrupp, dijo que para cumplir con los estrictos objetivos de emisiones de Europa, ‘hay que identificar las grandes oportunidades, dónde y cómo reducir las emisiones de dióxido de carbono’. Él cree que la escala de las emisiones de Duisburg ofrece una oportunidad perfecta para desplegar el hidrógeno.

La empresa está realizando pruebas para utilizar hidrógeno como agente reductor en altos hornos tradicionales, que en teoría podrían lograr ahorros de CO2 de hasta 20%.

Pero para hacer una mella significativa en las emisiones se requieren cambios más drásticos en la tecnología y el uso de gas natural o hidrógeno en lugar de coque para separar el oxígeno del mineral de hierro, para producir el llamado Hierro de Reducción Directa (DRI, su sigla en inglés).

Thyssenkrupp planea tener su primera planta de DRI en funcionamiento para 2025, produciendo inicialmente 400 mil toneladas anuales de acero ‘respetuoso con el clima’, fabricado con hidrógeno o gas natural, y 3 millones de toneladas para 2030. Su objetivo es reemplazar todos sus altos hornos para 2050.

Siguen existiendo grandes obstáculos, incluyendo un suministro de hidrógeno suficiente, además del elevado costo. La factura para convertir Duisburg para que funcione con hidrógeno alcanzaría a 10 mil millones de euros.

Construir la infraestructura para un hub de hidrógeno también requerirá el apoyo del gobierno. Sin embargo, el tamaño de Duisburg podría convertirlo en el núcleo de la economía del hidrógeno, con gasoductos que alimenten el gas a otras industrias, incluidos los fabricantes de productos químicos. La estrategia nacional de hidrógeno del gobierno alemán, publicada el año pasado, se centró claramente en el hidrógeno ‘verde’ obtenido mediante el uso de electricidad de fuentes de energía renovables para electrolizar el hidrógeno del agua.

Aditya Mittal, director ejecutivo de ArcelorMittal, dijo que todavía es ‘demasiado pronto para anunciar’ cuándo entrará en funcionamiento el hidrógeno verde. ‘Es un largo viaje por delante’, dijo Mittal. ‘No estamos cerca del final’.

Fuente: Diario Financiero

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