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USO RACIONAL DE LA ENERGIA ANALIA FERNANDEZ 1 Algunos conceptos sobre la problemática energético-ambiental Situación energética. Durante miles de años, el hombre ha subsistido sobre la base de su propio trabajo y el de los animales. Recién a mediados del siglo XVIII se inicia un verdadero crecimiento exponencial del consumo de energía con la revolución industrial, llegando a nuestros días con valores altamente significativos. Durante el siglo XIX, el carbón fue el combustible dominante, relegado posteriormente por el petróleo durante el siglo XX. En el panorama global, y pese a que las fuentes renovables de energía adquieren cada vez mayor importancia, el predominio en el uso de los combustibles fósiles es cada vez más relevante. (Figuras 1-2) Hombre primitivo Cazador Agricultor primitivo Agricultor desarrollado Hombre industrial Hombre tecnológico Hombre ecológico 8 12 17 25 30 40 ? 8 17 50 135 280 ? 16 30 100 370 ? 5 60 270 ? Total Trabajo doméstico Industria y agro Transporte Alimento Consumo de energía Mj/persona día Nivel de desarrollo 8 20 50 110 335 960 ? Figura 1. Evolución del Hombre y consumo de energía. Fuente: Energías para el Siglo XXI UNESCO 1981. Figura 2. Consumo de energía en los últimos 6.000 años. Fuente: El uso indiscriminado de estos combustibles produjo bruscos cambios en sus precios y disponibilidad, dando lugar en los años setenta a la llamada “crisis energética” que tendrá importantes repercusiones en todos los sectores de la economía, tanto a escala nacional como internacional. En el año 1973 y posteriormente en 1979, la OPEP (Organización de Países Exportadores de Petróleo), conformada en su gran mayoría por los países de Medio Oriente, impuso elevar el precio del petróleo a sus compradores (Estados Unidos, Europa y Japón) gravando con una importante carga la economía 5 USO RACIONAL DE LA ENERGIA ANALIA FERNANDEZ 1012 kwh por año mundial, provocando una inflación generalizada y un importante descenso de la producción de la industria y del comercio. Actualmente, el aumento de la producción petrolífera fuera de la OPEP redujo el control de la organización sobre el mercado y los precios del combustible cayeron a valores más bajos de los que se cotizaban antes de la segunda crisis del petróleo de 1979. 60 700 50 600 40 500 630 400 30 300 20 200 127 10 100 0 21 16 Berlin Oeste Buenos Aires 0 1931 1936 1941 1946 1951 1956 1961 1966 1971 Figura 3. Consumo energético mundial entre 1931 a 1971. Fuente: A. Ramachadran y J. Gururaja, 1978 Nueva York Moscu Figura 4. Consumo de energía en Watts/m2 en grandes ciudades. Fuente: Evans-de Schiller, 1995. Entre 1941 a 1971 el consumo energético mundial cuadriplicó su valor (de 14 x 1012 kwh/año a 58 x 1012 kwh/año), siendo los países altamente desarrollados, en particular las zonas céntricas de las grandes ciudades, y las zonas geográficas más frías a quienes corresponde el mayor consumo de energía convencional. (Figura 3). Asimismo, aproximadamente el 98% del consumo de energía a escala mundial procedía de combustibles como el petróleo, el gas natural y el carbón. BIOMASA 14% NUCLEAR 6% PETROLEO 32% HIDROELECTRICA 6% GAS 19% CARBON 23% Figura 5. Estimación anual de consumo de energía primaria en el mundo, 1992. Fuente: Renewable Energy, 1996. Actualmente, más del 90% de la energía que se consume en el mundo procede de combustibles como el petróleo, el gas natural y el carbón (Figura 5). De este consumo, Estados Unidos gasta casi un tercio de la energía que se produce en el mundo, ubicándose en primer lugar en cuanto a la utilización de reservas naturales. (Gonzalo, 1998). Buenos Aires y la mayoría de las principales ciudades de nuestro país, tienen un consumo moderado respecto a las grandes ciudades del mundo debido al clima templado, su ubicación en latitudes bajas y en parte, a su nivel de desarrollo (Figura 4) 6 USO RACIONAL DE LA ENERGIA ANALIA FERNANDEZ Producción y consumo de energía en Argentina. Según datos de la Dirección General de Evaluación Energética de la Secretaría de Energía de la Nación, el 97,23% del total de la oferta energética de nuestro país (primaria + secundaria) es producida internamente, correspondiendo solo el 2,77% a importación. Si bien, esta disponibilidad de recursos energéticos propios evitó la importación de energía de otros países, el consumo excesivo e irracional de dichos recursos representó una pérdida importante para nuestro país ya que debió afrontar inversiones innecesarias para su extracción y distribución. (Figura 6). 97% Recursos propios Importación 3% Figura 6. Recursos energéticos propios e importados. Las fuentes de energía primaria más importante en el país son el petróleo (51,56%) y el gas natural (37,94%). El porcentaje restante (10,5%) corresponde a la energía hidráulica, nuclear, leña, carbón mineral y residuos vegetales (Figura 7). Asimismo, el 89% de la energía primaria se destina a los Centros de Transformación (refinerías, plantas de tratamiento de gas, centrales eléctricas, coquerías y carboneras) y solo el 3,52% se destina a Consumo (industria). (Figura 8) NUCLEAR RESIDUO VEGETAL HIDRAULICA GAS NATURAL LEÑA CARBON MINERAL PETROLE O Referencias: Petróleo 51,56% Gas natural 37,94% Hidráulica 1,9% Residuos vegetales 1,5% Nuclear 1,3% Leña 1% Carbón mineral 0,8% Figura 7. Formas de energía primaria. Fuente: Secretaría de Energía de la Nación, 1984. En nuestro país, la producción de petróleo y gas natural es sustancialmente mayor al consumo promedio mundial, pero la energía proveniente del carbón y la biomasa es muy baja. 7 USO RACIONAL DE LA ENERGIA ANALIA FERNANDEZ 120% 100% 80% 60% 40% 20% PRODUCCION IMPORTACION 95,57% + 4,97% TOTAL = 100% - PERDIDAS 7,48% OFERTA = 92,52% CONSUMO 3,53% TRANSFORM. 89% 0% Figura 8. Energía primaria: balance energético según datos de la Secretaría de Energía de la Nación, 1984 (Fernández, 1989) Respecto a las formas de energía secundaria, el gas distribuido por red constituye el valor más representativo (30,90%) y otras formas intermedias representan el 20,62%. En tercer lugar se encuentra el fuel oil 14,49% y la nafta 13,88% y en cuarto lugar la electricidad 8,18%. El volumen restante 11,93% está constituido por gas licuado, no energéticos, gas de refinería, carbón residual, gas de coquería, altos hornos y carbón de leña. Cabe destacar que del total de la oferta de energía sólo el 1,09% corresponde a energía de importación. Los porcentajes de distribución de la energía varían notablemente respecto a la energía primaria; sólo un 14,57% se destina a Centros de Transformación y el 76,05% a Centros de Consumo. (Figura 9) 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% PRODUCCION IMPORTACION 98,89% + 1,09% TOTAL PERDIDAS = 100% - 9,38% OFERTA = 90,62% CONSUMO 76,05% TRANSFORM. 14,57% Figura 9. Balance energético según datos de la Secretaría de Energía de la Nación. Energía secundaria. (Fernández, 1989). La oferta energética de Argentina (tanto de producción nacional como de importación) es absorbida por distintos sectores de la economía, principalmente por el transporte, la industria y el sector residencial y comercial (Figura 10). Asimismo, la mayor demanda de energía de este último sector corresponde a iluminación y al acondicionamiento térmico de los edificios (calefacción y refrigeración). Entre otros rubros se ubica el calentamiento de agua, las máquinas eléctricas como bombas, los ascensores, etc. Esta demanda de energía corresponde a recursos provenientes de distintas fuentes no renovables y a su vez contaminantes (Figura 11); y si bien nuestro país posee aún recursos energéticos fósiles a precios relativamente bajos, la situación energética actual, tanto a escala nacional como internacional, induce a un cambio inmediato en la disponibilidad de estos recursos, optimizando las condiciones de habitabilidad con menores consumos. 8 USO RACIONAL DE LA ENERGIA ANALIA FERNANDEZ CONSUMO FINAL 0,53% Ajustes 29,53% Industria 5% Carbón leña Agro 32,46% Leña Fuel oil 25,35% Intermedios Residencia y comercio Nafta Gas licuado Gas por red Electricidad Transporte ENERGETICOS 92,75% Otros 3,37% 3,87% Petroquímica NO ENERGÉTICOS 7,25% 32% 30% 10% 11% 25% 33% 25% 42% 5% 32% 33% 5% 17% 26% 36% 38% INDUSTRIA OTROS TRANSPORTE RESIDENCIA Y COMERCIO REINO UNIDO 1992 REINO UNIDO 1960 ARGENTINA 1984 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% ARGENTINA 1970 Figura 10. Consumo de energía en Argentina, 1984. Figura 11. Situación comparativa de consumo de energía de los distintos sectores: Argentina 1970 y 1984 con Gran Bretaña en 1960 y 1992. 9 USO RACIONAL DE LA ENERGIA ANALIA FERNANDEZ “Debemos considerar que ya falta solo media generación para que la producción de petróleo mundial comience a declinar, y que la sustitución de este por energía nuclear, planteada como la panacea una década atrás, implica gravísimos riesgos ecológicos y técnicos y ya hay países donde se anularon totalmente futuros desarrollos de usinas nucleares. La utilización racional de otros combustibles tradicionales podría suavizar el cambio entre la utilización actual de energías convencionales y la implementación de tecnologías energéticas alternativas.” Gonzalo, 1998. En este contexto, es prioridad tener conocimiento de los porcentajes de energía que consume cada sector de la economía, el o los tipos de energías de mayor demanda, su origen y sus características cualitativas con el objetivo de generar estrategias de ahorro o conservación de la energía, a partir de la eficiente utilización y control de los recursos. Consumo de energía del sector residencial y comercial. En nuestro país, el gas distribuido por red constituye mas de la mitad de la oferta de energía que consume el sector residencial y comercial. En segundo término se ubica la electricidad (Figura 12). Con estos datos, podemos realizar un análisis de las características de ambos recursos energéticos para analizar el potencial futuro, su nivel de contaminación, su disponibilidad y su costo. CARBON DE LEÑA ELECTRICIDAD NAFTAS GAS LICUADO GAS POR RED FUEL OIL LEÑA INTERMEDIOS Referencias: Gas por red 51,4% Electricidad 18,4% Gas licuado 12,7% Intermedios 12,6% Fuel oil 1,3% Leña 2,3% Nafta 0,7% Carbón de leña 0,6% Figura 11. Recursos energéticos destinados al sector residencial y comercial. 1. Gas natural. Con relación a su origen se diferencian dos tipos: la captación de las reservas gasíferas y la captación de explotaciones petrolíferas. Los yacimientos gasíferos son formaciones geológicas subterráneas que contienen hidrocarburos (compuestos orgánicos constituidos por dos elementos: hidrógeno y carbono) en estado gaseoso exclusivamente y que están al margen de toda formación petrolífera. En general, el gas obtenido de reservas gasíferas tiene en la boca de la perforación una presión suficientemente elevada que permite el transporte de la producción hasta el centro de recolección. 10 USO RACIONAL DE LA ENERGIA ANALIA FERNANDEZ El gas distribuido por red representa más de la mitad del total de energía requerida por el sector residencial y comercial. Nuestro país produce el 89% del total de gas natural requerido y el 11% restante es de importación. PROPIO 5,5% CONSUMO PERDIDAS Y AJUSTES 1,5% IMPORTACION NO APROVECHABLE 18% Esta fuente de energía convencional, proveniente de recursos fósiles, tiene un porcentaje de factibilidad importante en nuestro país pese a su característica de energía no renovable. Además de su alto calorífico, su costo es bajo por no requerir gastos de producción en razón de hallarse en estado natural. Su rendimiento es del 75% (Figura 12) 18% Figura 12. Rendimiento del gas natural. TOTAL 75% PETROQUIMICA 1,35% OFERTA 80,5% OFERTA INTERNA 82% OFERTA TOTAL 100% PRODUCCIÓN NACIONAL DE GAS NATURAL 89% 11% RESIDENCIA Y COMERCIO 38,65% INDUSTRIA 34% PERDIDAS 1% En los yacimientos petrolíferos, la extracción del petróleo trae aparejada una producción de gas que es transformada en refinerías. Su mayor rendimiento se encuentra en yacimientos nuevos. El gas de refinería no se utiliza en el sector residencial y comercial. Su volumen de producción es absorbido casi totalmente para consumo propio de este sector energético. 2. Derivados del Petróleo. El sector residencial y comercial demanda algunos derivados del petróleo en un porcentaje total del 27,3%. Los principales derivados son: gas licuado, intermedios (queroseno, etc.), fuel oil y nafta. Para convertir petróleo crudo en productos útiles hay que refinarlo. Para ello se utilizan dos procedimientos: la destilación fraccionada (Figura 13) que permite 11 USO RACIONAL DE LA ENERGIA ANALIA FERNANDEZ separar las fracciones más ligeras de las mas pesadas y el cracking o craqueo catalítico donde se utiliza calor, aumento de presión y ciertos catalizadores para convertir algunas de las fracciones más pesadas obtenidas por destilación en otras más ligeras para incrementar su utilidad. Este recurso energético convencional y sus derivados son contaminantes. Gas Gas embotellado. Productos químicos Gasolina 110ºC Gasolina para vehículos Nafta Químicas Queroseno 180ºC Combustibles para motores de reacción, parafinado para calefacción, alumbrado, etc. Diesel Combustibles diesel para trenes. Fuel-oil 260ºC Aceites Bitumen 140ºC Combustibles para barcos, fábricas, calefacción central, etc. Aceites lubricantes, ceras, etc. abrillantadores, Bitúmen para impermeabilizantes, tejados, asfaltos, etc. Figura 13. Destilación fraccionada del Petróleo. OFERTA 97,9% OFERTA TOTAL 100% PRODUCCIÓN NACIONAL DE PETROLEO 100% PERDIDAS 2,11% SECTOR RESIDENCIAL Y COMERCIAL 1 - GAS LICUADO O 2- GAS REF REF. REFIN 3- FUEL OIL 27% 1’ - GAS LICUADO O 2’ 3’- F-OIL 4-NAFTA 26% 4’-NAFTA 1” GAS LICUADO 4,45% 5- QUEROSENO 38% 5’- QUEROSENO 3” 4” 5” QUEROSENO 4,22% Figura 14. Rendimiento del Petróleo. Referencias: 1-GAS LICUADO 5% a 5,13% 4,45% 2- GAS DE REFINERIA 1,89% a 0,15%, 3-FUEL OIL 27% a 8,11% a 0,41%, 4-NAFTA 26% a 25,18% a 0,22%, 5-INTERMEDIOS 38% a 31,78% a 4,22% 12