Centrales eléctricas y automóvil

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Estamos en el camino hacia la eliminación de emisión de dióxido de carbono CO₂ mientras circula el automóvil.

Este contaminante no es tóxico, se puede ingerir, pero afecta al calentamiento global de nuestro planeta.

Hemos hablado en muchos artículos sobre este tema, y lo seguiremos haciendo, ya que es crucial para nuestro bienestar y afición al automóvil.

Entre las diferentes posibilidades de propulsión que vayan en la línea de reducir el CO₂ hay algunas que no emiten, otras que lo hacen en menor cantidad según las condiciones de marcha, hay también las que si lo emiten y descuentan por el proceso de obtención del combustible que lo ha absorbido.

Sea cuál sea la opción de propulsión que no emite CO₂, o en muy poca cantidad, hace falta electricidad de la red como fuente de energía directa o para la producción del combustible.

Interrelación entre centrales eléctricas y automóvil

Vamos a hablar de esto, pues aunque el automóvil no contamine al circular, cuando se utiliza la electricidad de una u otra forma para recuperar la energía que permite su desplazamiento, la posible contaminación viene de la central eléctrica que suministra a la red.

El último dato que hemos encontrado, de 2020, es que en España se estima que la emisión media del coche eléctrico con baterías, teniendo en cuenta el equilibrio medio de producción de electricidad de las centrales es de 58 gramos cada 100 km, con un 48,7% de electricidad generada sin emisiones contaminantes.

Al estar las centrales eléctricas lejos de zonas habitadas, su contaminación tóxica se considera menos nociva que la emitida por los vehículos en núcleos urbanos donde hay muchas personas.

De hecho, los vehículos disponen de sistemas que evitan la salida al exterior de contaminantes tóxicos, en las centrales eléctricas depende de diversos factores.

El CO₂ afecta aunque se emita en zonas aisladas, pues su efecto es potenciar el calentamiento global del nuestro planeta, por lo que se ha de eliminar su emisión sea donde sea.

Automóviles que necesitan electricidad como energía o para producir su combustible

Hemos seleccionado estos cinco vehículos con diferentes sistemas de propulsión, tienen en común que o no emiten CO₂ o lo hacen en cantidades reducidas:

Híbrido (térmico y eléctrico) enchufable (“plug in”)

Cuando está en marcha el motor térmico se emite CO₂ y no se produce al funcionar solamente en fase eléctrica con baterías
Al ser enchufable se ha de recuperar periódicamente la carga de las baterías enchufándolas la red

Eléctrico

No emite CO₂ y su desplazamiento depende exclusivamente de las baterías de propulsión, por que se ha de conectar a la red cuando sea necesario recargarlas
Hay diferentes tipos de baterías de propulsión, la más utilizada actualmente para el coche eléctrico es la de ion – litio

Térmico de combustión de hidrógeno

El motor quema hidrógeno como combustible por la chispa en la bujía sin que haya emisión de CO₂
Para fabricar el hidrógeno que se ha de repostar es necesaria electricidad

Pila de combustible de hidrógeno

La propulsión es por motor eléctrico, con el hidrógeno del depósito y oxígeno del aire se produce electricidad
Emite vapor de agua y nada de CO₂
Para producir hidrógeno se necesita electricidad

Combustibles sintéticos eFuel

Durante las combustiones o explosiones se produce CO₂ que se descuenta del absorbido por el proceso de fabricación del eFuel
La electricidad es necesaria durante el proceso de fabricación del combustible sintético

Por la implicación en la emisión de CO₂ relacionada con el automóvil, que reduce o elimina durante la marcha este contaminante no tóxico pero nocivo para el medio ambiente, vamos a exponer de forma didáctica la influencia de las centrales de generación de electricidad en la emisión de CO₂.

Centrales eléctricas de carbón

Es la más tradicional y en fase de sustitución por otros sistemas menos contaminantes.

Se basa la producción de electricidad en utilizar vapor de agua a presión para mover una turbina y esta un generador eléctrico.

Con más o menos diferencias veremos que en los demás sistemas estos últimos elementos habitualmente también se utilizan:

La combustión de combustibles fósiles, carbón en este caso, genera mucho calor
Se utiliza este calor para pasar el agua de líquido a vapor a presión en un calderín o calentador alimentado por agua que después se recicla o evacua
El vapor de agua a presión hace girar los álabes de una turbina (de vapor)
El eje de la turbina está conectado a un generador cuyo giro se transforma en electricidad
Esta electricidad se suministra a la red eléctrica
Se puede contar con baterías para acumular la electricidad generada y que no se utilice en ese momento para aportarla cuando se requiera más consumo eléctrico
La alimentación de agua se puede tomar de un rio o lago
Se hará recircular el agua para consumir la necesaria, si se revierte al rio o lago ha de asegurarse que no lleva residuos que afecten a las personas y medio ambiente
La central eléctrica de carbón produce contaminantes tóxicos y también CO₂

Ya se ha comentado que estas centrales están en fase de extinción.

Central de ciclo combinado gas natural

Se denomina así porque el calor para pasar el agua a vapor se obtiene mediante dos turbinas, una de combustión y otra accionada por la presión del vapor de agua:

Se aporta gas natural que con oxigeno del aire entra en combustión en la turbina haciéndola girar
Desde la cámara contigua de calor se hace que suba al calentador de agua alimentado por un depósito, y este de un rio o lago
El agua en el calentador pasa a estado de vapor y sube ostensiblemente de presión
Se dirige el vapor a presión hacia la turbina de vapor haciéndola girar
El eje de la turbina de vapor mueve al generador que produce electricidad
Esta electricidad es suministrada a la red y la sobrante se almacena temporalmente en baterías para ser utilizada cuando sea necesario
Emite CO₂ y también podría emitir contaminantes tóxicos si no dispone de sistemas de limpieza antes de salir al exterior, entre estos óxidos de nitrógeno NO_X

Para reducir sus efectos sobre el medio ambiente se debe asegurar que dispone de sistemas de limpieza de contaminantes tóxicos, el CO₂ no se puede evitar al ser un residuo de combustión de los combustibles con carbono.

Central de cogeneración mediante biomasa (natural, residual o producida)

Se va quemar algún producto combustible que puede tener distintas procedencias, y la generación de electricidad y emisión de contaminantes dependerá de esos productos:

Se pueden utilizar tres productos combustibles:
- Biomasa natural; son vegetales recogidos del campo tal como están, madera de bosques…
- Biomasa producida; proviene de plantaciones específicas para producir componentes vegetales y alimentar a la central eléctrica
- Biomasa de residuos; se obtiene principalmente de la recogida de basuras, para lo que es importante que se haya separado antes según la normas de su recogida
La biomasa aportada se quema para producir calor
Lo que implica que el agua enviada desde un depósito al calentador pasa a ser líquido a vapor a alta presión
El vapor de agua a presión mueve la turbina de vapor
Esta hace girar al generador que produce electricidad
La electricidad producida se suministra a la red
Si no se consume toda la electricidad generada, se almacena la sobrante en baterías para ser aportada a la red cuando haya más demanda
El agua se obtiene de un rio o lago y se recircula para el funcionamiento de la central, eliminando en la que retorna al rio o lago posibles contaminantes
La combustión de la biomasa puede producir CO₂ y contaminantes tóxicos, que se deben neutralizar antes de salir al medio ambiente, aunque la central esté alejada de núcleos urbanos
El CO₂ emitido se puede compensar más o menos con el absorbido por los vegetales que componen la biomasa en su ciclo de vida

Esta central permite reciclar buena parte de residuos que quedarían sin tratar obteniendo energía, lo que es una ventaja medioambiental, pero se han de incorporar los sistemas que eliminen los gases tóxicos contaminantes que se pueden producir en la combustión, la emisión de CO₂ es inevitable aunque se puede compensar según la biomasa utilizada.

Central hidroeléctrica (presas)

Es en principio un sistema limpio de producir electricidad, pues la fuerza para su generación se obtiene de la caída desde cierta altura de una corriente de agua.

Como en la naturaleza las alturas entre diferentes niveles del curso de un rio no serian suficientes y tampoco el caudal, se construyen presas, y de este hecho surgen aspectos medioambientales:

En un tramo seleccionado del curso de un rio, mejor si ya hay cierta pendiente natural, se construye un muro o dique que impida el paso de la corriente
El efecto es que el nivel del rio sube antes del muro o dique, formando un embalse, es una presa hidráulica
Se hace una compuerta a cierta altura del muro con un desagüe para producir presión de agua
Bajo el desagüe hay una turbina que al girar mueve a un generador eléctrico
Al abrir el desagüe cae agua a presión sobre la turbina, que gira moviendo al generador y se produce electricidad
Esta electricidad va a la red de suministro y la no consumida se almacena en baterías para cuando se necesite
Se ha alterado el curso del río, y en el embalse se ha anegado lo que hubiese, campo, bosque… se ha representado un pueblo, algo que ha sucedido en ocasiones
El curso del rio tras la presa se ha reducido a la mínima expresión o poco más, lo que puede afectar al entorno natural que allí había
Si hay demasiada agua en el embalse se abre una compuerta de exceso de nivel, este agua puede no caer sobre la turbina – generador, no siendo utilizada para producir electricidad
No hay emisión de contaminantes

Las centrales hidroeléctricas tienen ventajas medioambientales en lo referente a no emitir contaminantes, pero afectan al entorno natural en zonas muy amplias, por lo que se ha de valorar en conjunto para reducir los efectos negativos al mínimo, si no es posible evitarlos en su totalidad.

Central eólica (aerogeneradores)

Es un sistema con grandes beneficios medioambientales, al utilizar una energía que se perdería de no ser aprovechada, es la fuerza del viento:

Sobre un terreno se colocan aerogeneradores, con unas aspas movidas por el viento, en cuyos ejes hay generadores de electricidad
Cuando hay viento los aerogeneradores producen electricidad proporcional a la fuerza del viento y a su velocidad
La electricidad generada por cada uno se centraliza en el control del sistema de gestión, que suministra la que necesita la red según el consumo demandado
La electricidad no consumida se acumula en las baterías, así como la generada cuando la demanda es mínima y hay mucho viento, si es posible
No hay emisión de contaminantes

Para producir electricidad suficiente es necesario disponer de muchos aerogeneradores, es decir terreno, lo que afecta al entorno natural de alguna forma.

Se ha de tener en cuenta para encontrar las soluciones más adecuadas que permitan la mejor opción entre energía generada y medio ambiente.

Central solar térmica o fotovoltaica (placas solares)

La energía del sol es aprovechable durante las horas en que su luz llega a las zonas que se van a utilizar para generar electricidad, más o menos según la nubosidad durante el día.

Dos son las formas para obtener y aprovechar la luz solar y generar electricidad; térmica y fotovoltaica.

No se producen emisiones contaminantes.

Central solar térmica (placas solares)

La electricidad generada por la luz solar en las placas solares se centraliza en el control de gestión de la energía y se utiliza para calentar agua, que puede ser utilizada directamente o para generar electricidad por su calor cuando sea necesaria
Si la electricidad generada es requerida por la red eléctrica se la suministra, quedando la restante para calentar agua en los depósitos

Central solar fotovoltaica (placas solares)

La electricidad generada por la luz solar en las placas solares se centraliza en el control de gestión de la energía y se suministra a la red
Si sobra electricidad se acumula en baterías para ser utilizada cuando se demande

Para contar con electricidad proveniente de placas solares es preciso bastante terreno si se necesita producir en cantidad elevada, lo que puede afectar al entorno natural donde esté la instalación.

Para producción de electricidad de menor cuantía, edificios, casas independientes… la instalación puede estar en el tejado o en una zona alrededor, no siendo necesaria demasiada superficie lo que afecta menos al entorno.

Esta es una de las ventajas de este sistema, que se puede utilizar para suministros de poca electricidad y localizados.

Central nuclear

Es una solución para no emitir gases contaminantes, pero puede tener otros efectos nocivos que escapan a la imaginación:

Se utiliza uranio y otros combustibles radioactivos
En la central se desarrolla un complejo, sofisticado y delicado proceso de fisión del núcleo del uranio o el combustible utilizado
El proceso aporta una inmensa cantidad de calor
Este calor se utiliza para transformar el agua, en un calentador de líquido, a vapor a muy alta presión
El vapor de agua a tan elevada presión incide sobre una turbina que gira
La turbina hace girar al generador que produce mucha cantidad de electricidad
Esta electricidad se suministra a la red
El sistema de refrigeración por el extremo calor generado es sumamente riguroso
No emite contaminantes
Los riesgos son inmensos e inimaginables; por los efectos en caso de incidente o accidente técnico o natural en los seres vivos y entorno.
Además, la duración de los daños escapa a lo que se puede considerar como tolerable.
La seguridad absoluta no existe

Se puede añadir algún sistema de almacenaje de la electricidad generada y no consumida para cuando sea necesaria, mediante baterías sería una forma como se ha visto en otras centrales.

Una forma más eficiente que las baterías, que no son útiles para almacenajes largos de electricidad sobrante en cualquier central, es utilizar esa electricidad para obtener hidrógeno del agua y almacenarle en depósitos durante el tiempo que haga falta.

Cuando sea necesaria electricidad se puede lograr utilizando el hidrógeno almacenado y oxígeno del aire, es el principio de la pila de combustible de hidrógeno.

A la vez que se diseñan vehículos que no emiten contaminantes tóxicos ni CO₂, es necesario que las centrales eléctricas sigan el mismo camino.

Durante la transición se ha de hacer una evolución progresiva equilibrada, muy bien dirigida y coordinada por los responsables de cada estamento implicado, explicando muy bien los procesos que se desarrollan para ser comprendidos y así contar con la colaboración de todos nosotros.