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Balance de energía
del Sistema Exógeno Terrestre (SET)
Para comprender la dinámica del SET, es fundamental reconocer sus principales fuentes de energía, los caminos que esa energía recorre dentro del mismo y por ello, las distintas transformaciones termodinámicas que ella sufre.
Energía Exógena: Energía Radiante Solar (ERS)
Según Riabchikov (1.976) la ERS recibida por el planeta constituye el 99,98 % de la energía total del SET. El 0,02 % restante está constituido por la Energía Interna Terrestre (EIT). La ERS se produce en el Sol merced a:
1) la fusión termonuclear de sus átomos de hidrógeno; con ello se originan átomos de helio y se libera enorme cantidad de energía que se disipa al espacio interestelar.
2) Rozamiento entre si de las partículas que componen el Sol, atraidas por la enorme fuerza gravitacional de este.
De toda esa energía, la Tierra recibe unas 134 x 10 a la 19 Kcal./año,. Esta eneregía asegura el calentamiento zonal y latitudinal de la superficie del planeta y origina la circulación atmosférica y oceánica, entre otros elementos de la dinámica del SET. A su vez esta energía evapora el agua de prácticamente todo el ciclo hidrológico. También origina la fotosíntesis, como suprema transformación de la ERS en energía química y bioquímica, papel esencial de la Biosfera como componente básico del SET.
Energía Interna Terrestre (EIT)
Por tal se entiende a la suma de toda la energía liberada al SET a partir de procesos desvinculados de la ERS. Entre estos y primero en magnitud, está el calor liberado por el rozamiento entre sí de las partículas litosféricas, debido a la atracción gravitatoria del planeta. Este rozamiento ocurre porque la fuerza gravitatoria atrae a todas esas partículas hacia el centro de gravedad del planeta. Su magnitud se estima en 36 x 10 a la 17 Kcal./año.
El segundo lugar lo ocupa el calor liberado por el proceso de desintegración atómica de elementos radioactivos, con 43 x 10 a la 16 Kcal./año. En tercer lugar está el calor que se desprende del rozamiento entre sí de las parículas terrestres, ante la continua oscilación de la atracción gravitatoria que ejercen sobre ellas la luna y el sol (mareas luni-solares semidiarias). Este calor se estima en 28 x 10 a la 16 Kcal./año.
Así, el total de la EIT asciende a 43,1 x 10 a la 17 Kcal./año (Riabchikov, 1.976). Esta cantidad de es unas 300 veces menor que la ERS llegada anualmente al SET y 200 veces menor que la cantidad de ERS aprovechada en los procesos del mismo (la diferencia entre la energía recibida desde el Sol y la energía aprovechada, es aquélla devuelta al espacio exterior, reflejada por las distintas superficies del SET, en grado variable según su poder de reflectancia, o Albedo. Esto ya se comentó y se verá repetidamente en estos capítulos).
Casi toda las formas de EIT y en particular la energía gravitacional, mantienen elevadas las respectivas temperaturas del núcleo y del manto terrestres. De ese modo activan los procesos endógenos que impulsan la movilidad del manto y de las placas corticales. De toda la EIT producida, solo un 1/23% se libera al SET por distintos medios. Esto significa unas 5.000 veces menos que la ERS recibida por éste.
Calor Tecnógeno (CT)
Este es el calor producido por las distintas actividades humanas en el marco de la Tecnosfera. Por ahora su cantidad es unas 20.000 a 25.000 veces menor que la ERS y surge de:
a) Producción de Electricidad: La humanidad produce el 85% de su electricidad en centrales térmicas, las que tienen un rendimiento térmico medio del 30%. Eso significa que el 70% de la energía consumida en el mundo por las centrales eléctricas que queman diversos combustibles, se integra al SET a modo de calor (CT).
b) Motores de Combustión Interna: El rendimiento medio de los motores de combustión interna también es próximo al 30%, por lo que el 70% de la energía total consumida por su funcionamiento se disipa como calor (CT), integrándose al SET.
c) Utilización de Energía Eléctrica: De la energía eléctrica total de producción antropogénica (tanto producida por centrales térmicas convencionales, como por centrales hidroeléctricas y nucleares) al ser empleada de cualquier forma, ya sea en motores, iluminación, resistencias, o artefactos electrónicos, alcanza rendimientos medios próximos al 85%. El 15% restante se convierte en calor (CT) y se disipa integrándose al SET.
Con esos elementos básicos, es importante hacer algunas consideraciones respecto al pronóstico de la evolución del CT en el planeta. Algunas estimaciones consideran que la producción mundial de electricidad se duplica cada 10 años. De tal modo y si toda la producción de electricidad proviniese de combustibles fósiles, el calor tecnógeno podría igualar a la ERS dentro de 140 a 150 años. Pero en base a la misma consideración, podríamos hacer un cálculo diferente: la extracción de estos combustibles, tiene un incremento sostenido próximo al 5% anual. De ese modo, quemando combustibles fósiles al ritmo actual de su extracción, el CT igualaría a la ERS dentro de unos 190 a 200 años.
De todos modos, en esta segunda línea de razonamiento y al ritmo actual de uso, las reservas de combustibles fósiles conocidas se agotarían en los próximos 90 a 100 años y la demanda debería ser cubierta por otras fuentes energéticas alternativas. Entre estas últimas podría ocupar lugar preponderante la fusión controlada de átomos de Deuterio, de lograrse a costos adecuados. En la Hidrosfera existe Deuterio suficiente como para abastecer las necesidades energéticas crecientes de la humanidad durante los próximos 10.000 años, con la ventaja de que esta energía no produce contaminación química o radioactiva.
No obstante las consideraciones previas, debe tenerse en cuenta que no todo el CT produce contaminación térmica; esto es, incrementa la cantidad total de calor del SET. Al respecto, la energía nuclear utilizada en la producción de energía eléctrica puede generar contaminación térmica en el lugar puntual donde se emplacen las centrales. Pero esta energía no altera el balance energético global del SET. Esto es así, dado que el calor producido por la desintegración de elementos radioactivos en una central, de todos modos se producirá igual y a la misma velocidad en los yacimientos originales de los minerales radioactivos.
Por su parte el aprovechamiento de la energía solar directa y las energías solares indirectas como la eólica, la hidráulica y la biomasa, proviene de la captación y reorientación de una parte de la ERS circulante dentro del SET. Por ello tampoco alteran el balance energético global. Lo mismo ocurre con la energía las mareas, aprovechada en algunas centrales costeras.
Solo la quema de combustibles fósiles influye en el actual balance energético del SET, puesto que los mismos son ERS fósil, acumulada a partir de pasados procesos fotosintéticos ocurridos en antiguas Biosferas a durante sucesivos Megaciclos Geológicos. Con la quema de combustibles fósiles, toda esa energía se vuelca al SET en forma muy rápida, sumándose a la ERS actualmente recibida por el SET e incidiendo muy levemente en su balance energético.
Según lo expresado precedentemente, tomando sólo en cuenta el incremento mundial en la producción de electricidad, puede hacerse una estimación teórica aproximada acerca de cuándo el CT podría alcanzar el valor de la ERS recibida por el SET. No obstante, para conocer con mayor aproximación la alteración del balance energético del SET, queda claro que es preciso delimitar cuánto de ese CT es aportado por los combustibles fósiles.
Para concluir, es importante lograr mejor aprovechamiento de la ERS utilizada y posible de utilizarse. Entre estas últimas se destacan:
a) la energía solar directa e indirecta (biomasa, hidráulica y eólica);
b) la diferencia de potenciales térmicos entre la superficies de los océanos y de grandes lagos, con respecto a sus fondos;
c) la energía de las corrientes marinas;
d) las energías de atracción gravitacional lunar y solar (mareas oceánicas: desarrollo de plantas mareomotrices en litorales oceánicos adecuados);
e) la energía interna terrestre; en este caso, la geotermia y la gravitatoria. La desintegración de minerales radioactivos se emplea desde tiempo atrás, pero la misma es muy cuestionada, pues sus desechos tienen serios efectos potenciales de contaminación radioactiva y química de largísimo plazo.
f) el posible descubrimiento y desarrollo de la fotosíntesis artificial.
Continua...
Energía Interna Terrestre (EIT)
Por tal se entiende a la suma de toda la energía liberada al SET a partir de procesos desvinculados de la ERS. Entre estos y primero en magnitud, está el calor liberado por el rozamiento entre sí de las partículas litosféricas, debido a la atracción gravitatoria del planeta. Este rozamiento ocurre porque la fuerza gravitatoria atrae a todas esas partículas hacia el centro de gravedad del planeta. Su magnitud se estima en 36 x 10 a la 17 Kcal./año.
El segundo lugar lo ocupa el calor liberado por el proceso de desintegración atómica de elementos radioactivos, con 43 x 10 a la 16 Kcal./año. En tercer lugar está el calor que se desprende del rozamiento entre sí de las parículas terrestres, ante la continua oscilación de la atracción gravitatoria que ejercen sobre ellas la luna y el sol (mareas luni-solares semidiarias). Este calor se estima en 28 x 10 a la 16 Kcal./año.
Así, el total de la EIT asciende a 43,1 x 10 a la 17 Kcal./año (Riabchikov, 1.976). Esta cantidad de es unas 300 veces menor que la ERS llegada anualmente al SET y 200 veces menor que la cantidad de ERS aprovechada en los procesos del mismo (la diferencia entre la energía recibida desde el Sol y la energía aprovechada, es aquélla devuelta al espacio exterior, reflejada por las distintas superficies del SET, en grado variable según su poder de reflectancia, o Albedo. Esto ya se comentó y se verá repetidamente en estos capítulos).
Casi toda las formas de EIT y en particular la energía gravitacional, mantienen elevadas las respectivas temperaturas del núcleo y del manto terrestres. De ese modo activan los procesos endógenos que impulsan la movilidad del manto y de las placas corticales. De toda la EIT producida, solo un 1/23% se libera al SET por distintos medios. Esto significa unas 5.000 veces menos que la ERS recibida por éste.
Calor Tecnógeno (CT)
Este es el calor producido por las distintas actividades humanas en el marco de la Tecnosfera. Por ahora su cantidad es unas 20.000 a 25.000 veces menor que la ERS y surge de:
a) Producción de Electricidad: La humanidad produce el 85% de su electricidad en centrales térmicas, las que tienen un rendimiento térmico medio del 30%. Eso significa que el 70% de la energía consumida en el mundo por las centrales eléctricas que queman diversos combustibles, se integra al SET a modo de calor (CT).
b) Motores de Combustión Interna: El rendimiento medio de los motores de combustión interna también es próximo al 30%, por lo que el 70% de la energía total consumida por su funcionamiento se disipa como calor (CT), integrándose al SET.
c) Utilización de Energía Eléctrica: De la energía eléctrica total de producción antropogénica (tanto producida por centrales térmicas convencionales, como por centrales hidroeléctricas y nucleares) al ser empleada de cualquier forma, ya sea en motores, iluminación, resistencias, o artefactos electrónicos, alcanza rendimientos medios próximos al 85%. El 15% restante se convierte en calor (CT) y se disipa integrándose al SET.
Con esos elementos básicos, es importante hacer algunas consideraciones respecto al pronóstico de la evolución del CT en el planeta. Algunas estimaciones consideran que la producción mundial de electricidad se duplica cada 10 años. De tal modo y si toda la producción de electricidad proviniese de combustibles fósiles, el calor tecnógeno podría igualar a la ERS dentro de 140 a 150 años. Pero en base a la misma consideración, podríamos hacer un cálculo diferente: la extracción de estos combustibles, tiene un incremento sostenido próximo al 5% anual. De ese modo, quemando combustibles fósiles al ritmo actual de su extracción, el CT igualaría a la ERS dentro de unos 190 a 200 años.
De todos modos, en esta segunda línea de razonamiento y al ritmo actual de uso, las reservas de combustibles fósiles conocidas se agotarían en los próximos 90 a 100 años y la demanda debería ser cubierta por otras fuentes energéticas alternativas. Entre estas últimas podría ocupar lugar preponderante la fusión controlada de átomos de Deuterio, de lograrse a costos adecuados. En la Hidrosfera existe Deuterio suficiente como para abastecer las necesidades energéticas crecientes de la humanidad durante los próximos 10.000 años, con la ventaja de que esta energía no produce contaminación química o radioactiva.
No obstante las consideraciones previas, debe tenerse en cuenta que no todo el CT produce contaminación térmica; esto es, incrementa la cantidad total de calor del SET. Al respecto, la energía nuclear utilizada en la producción de energía eléctrica puede generar contaminación térmica en el lugar puntual donde se emplacen las centrales. Pero esta energía no altera el balance energético global del SET. Esto es así, dado que el calor producido por la desintegración de elementos radioactivos en una central, de todos modos se producirá igual y a la misma velocidad en los yacimientos originales de los minerales radioactivos.
Por su parte el aprovechamiento de la energía solar directa y las energías solares indirectas como la eólica, la hidráulica y la biomasa, proviene de la captación y reorientación de una parte de la ERS circulante dentro del SET. Por ello tampoco alteran el balance energético global. Lo mismo ocurre con la energía las mareas, aprovechada en algunas centrales costeras.
Solo la quema de combustibles fósiles influye en el actual balance energético del SET, puesto que los mismos son ERS fósil, acumulada a partir de pasados procesos fotosintéticos ocurridos en antiguas Biosferas a durante sucesivos Megaciclos Geológicos. Con la quema de combustibles fósiles, toda esa energía se vuelca al SET en forma muy rápida, sumándose a la ERS actualmente recibida por el SET e incidiendo muy levemente en su balance energético.
Según lo expresado precedentemente, tomando sólo en cuenta el incremento mundial en la producción de electricidad, puede hacerse una estimación teórica aproximada acerca de cuándo el CT podría alcanzar el valor de la ERS recibida por el SET. No obstante, para conocer con mayor aproximación la alteración del balance energético del SET, queda claro que es preciso delimitar cuánto de ese CT es aportado por los combustibles fósiles.
Para concluir, es importante lograr mejor aprovechamiento de la ERS utilizada y posible de utilizarse. Entre estas últimas se destacan:
a) la energía solar directa e indirecta (biomasa, hidráulica y eólica);
b) la diferencia de potenciales térmicos entre la superficies de los océanos y de grandes lagos, con respecto a sus fondos;
c) la energía de las corrientes marinas;
d) las energías de atracción gravitacional lunar y solar (mareas oceánicas: desarrollo de plantas mareomotrices en litorales oceánicos adecuados);
e) la energía interna terrestre; en este caso, la geotermia y la gravitatoria. La desintegración de minerales radioactivos se emplea desde tiempo atrás, pero la misma es muy cuestionada, pues sus desechos tienen serios efectos potenciales de contaminación radioactiva y química de largísimo plazo.
f) el posible descubrimiento y desarrollo de la fotosíntesis artificial.
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