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← U11 · La energía: fuentes, consumo y uso racional

Física y Química 3.º ESO · Fuentes de energía y centrales eléctricas

El impacto ambiental de las fuentes de energía y su uso racional

Objetivo: Al terminar, sabrás analizar el impacto ambiental de cada fuente de energía, formular hipótesis sobre sus efectos en el medio ambiente y proponer medidas de ahorro y eficiencia.

Explicación

Ninguna fuente tiene impacto cero

Todas las fuentes de energía afectan de algún modo al medio ambiente, aunque de forma muy distinta:

Fuente	Principales impactos
Combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas)	Emiten $\text{CO}_2$ , que aumenta el efecto invernadero y causa el cambio climático. Emiten óxidos de azufre y de nitrógeno (lluvia ácida) y partículas que contaminan el aire de las ciudades. Mareas negras en el transporte de petróleo.
Nuclear	No emite $\text{CO}_2$ al producir electricidad, pero genera residuos radiactivos que hay que vigilar durante miles de años; riesgo de accidentes graves (Chernóbil, 1986; Fukushima, 2011).
Hidráulica	Los embalses inundan valles (y a veces pueblos) y cambian el ecosistema del río.
Eólica	Impacto en el paisaje, ruido y choques de aves con las palas.
Solar	Ocupa mucho terreno; hay que fabricar y reciclar los paneles.
Biomasa	Emite humos; si no se repone lo que se corta, deforestación.

En Madrid, la contaminación del aire (la «boina» que se ve en invierno sobre la ciudad) se debe sobre todo a la combustión de gasolina y gasóleo en el tráfico y a las calefacciones.

Hipótesis sobre el medio ambiente

A partir de estas diferencias podemos formular hipótesis y comprobarlas con datos: «Si aumenta la electricidad generada con gas natural, entonces aumentarán las emisiones de $\text{CO}_2$ del sistema eléctrico». Una buena hipótesis dice qué cambia, qué efecto esperamos y se puede comprobar con medidas o con datos.

Uso racional de la energía

Como toda fuente tiene impacto, la mejor energía es la que no se consume. Usar la energía de forma racional significa:

Ahorro: consumir solo lo necesario (apagar luces y aparatos, no abrir la nevera sin motivo, poner la calefacción a 20 °C y no a 25 °C).
Eficiencia: obtener lo mismo con menos energía (bombillas LED, electrodomésticos de clase A, buen aislamiento de las ventanas).
Sustituir los combustibles fósiles por fuentes renovables (placas solares, coche eléctrico, transporte público).

Puntos clave

Todas las fuentes tienen impacto ambiental, pero de distinto tipo y gravedad.
Los combustibles fósiles emiten CO₂ (cambio climático) y contaminan el aire; la nuclear produce residuos radiactivos.
Una hipótesis indica qué cambia, qué efecto se espera y se puede comprobar con datos.
Uso racional = ahorro (consumir menos) + eficiencia (lo mismo con menos energía) + más renovables.

Errores frecuentes

ErrorConfundir el efecto invernadero con el agujero de la capa de ozono.
Cómo corregirloSon problemas distintos: el $\text{CO}_2$ refuerza el efecto invernadero y calienta el planeta; la capa de ozono se dañó por otros gases (CFC).
ErrorConfundir ahorro con eficiencia.
Cómo corregirloAhorro es usar menos (apagar la luz); eficiencia es conseguir lo mismo gastando menos (cambiar la bombilla por una LED).
ErrorDecir que las renovables «no contaminan nada».
Cómo corregirloApenas emiten al producir energía, pero tienen impacto: terreno, paisaje, fabricación y reciclaje de los equipos.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. ¿Por qué hay más contaminación en Madrid los lunes que los domingos? situación real (formular y comprobar una hipótesis)
Las estaciones de medida del Ayuntamiento de Madrid registran el dióxido de nitrógeno ( $\text{NO}_2$ ) del aire, un gas contaminante que se forma al quemar combustibles. a) Formula una hipótesis sobre cuándo habrá más $\text{NO}_2$ en el aire de la ciudad. b) Explica cómo la comprobarías.

Resolución
a) Sabemos que el $\text{NO}_2$ se forma al quemar combustibles, y en una ciudad lo que más quema combustible es el tráfico. Hipótesis: «Si el $\text{NO}_2$ procede sobre todo del tráfico, entonces su concentración será mayor los días laborables y en las horas punta que los domingos y por la noche».

b) Comprobación: descargamos los datos horarios de $\text{NO}_2$ de una estación (por ejemplo, la de Plaza de España) durante un mes y comparamos la media de los días laborables con la de los domingos, y la de las horas punta (8–10 h, 18–20 h) con la de la madrugada. Si los valores son claramente más altos en días laborables y horas punta, los datos apoyan la hipótesis; si no, la rechazamos o la cambiamos.
Ejemplo 2. Cambiar carbón por gas o por viento numérico (emisiones de CO₂)
Datos aproximados: para producir 1 kWh de electricidad, una central de carbón emite alrededor de 1 kg de $\text{CO}_2$ y una de ciclo combinado de gas natural, unos 0,4 kg. Un aerogenerador no emite $\text{CO}_2$ al funcionar. ¿Cuánto $\text{CO}_2$ se deja de emitir si 5000 kWh que se producían con carbón pasan a producirse: a) con gas natural; b) con viento?

Resolución
Emisiones con carbón: $5000 \cdot 1 = 5000\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ .

a) Con gas: $5000 \cdot 0{,}4 = 2000\ \text{kg}$ . Se evitan $5000 - 2000 = 3000\ \text{kg}$ (3 toneladas) de $\text{CO}_2$ .

b) Con viento: 0 kg. Se evitan los 5000 kg (5 toneladas).

Por eso el cierre de las centrales de carbón (en España ya casi no se usa) ha reducido mucho las emisiones del sistema eléctrico.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Relaciona cada impacto con la fuente de energía que lo produce: 1) residuos que siguen siendo peligrosos durante miles de años; 2) lluvia ácida; 3) valles inundados; 4) choques de aves con las palas; 5) grandes superficies de terreno cubiertas de paneles. Fuentes: a) eólica; b) carbón; c) nuclear; d) solar fotovoltaica; e) hidráulica.
Ver solución
1-c, 2-b, 3-e, 4-a, 5-d.
1. Residuos radiactivos → c) nuclear. 2) Lluvia ácida (óxidos de azufre) → b) carbón. 3) Valles inundados por los embalses → e) hidráulica. 4) Aves y palas → a) eólica. 5) Paneles → d) solar fotovoltaica.
2. Fácil
Indica si cada medida es de ahorro o de eficiencia: a) apagar la luz al salir de clase; b) cambiar los fluorescentes por tubos LED; c) comprar una lavadora de clase A; d) poner la lavadora solo cuando esté llena; e) cambiar las ventanas por otras de doble cristal.

Ver solución
Ahorro: a, d. Eficiencia: b, c, e.
Ahorro (consumir menos): a) y d). Eficiencia (lo mismo con menos energía): b) da la misma luz con menos energía; c) lava igual consumiendo menos; e) aísla mejor y la calefacción consume menos para la misma temperatura.

3. Difícil

En los años de sequía, los embalses están bajos y las centrales hidroeléctricas producen menos electricidad. Esa electricidad hay que obtenerla de otras fuentes. Este es el mix eléctrico aproximado de España en 2024:

Fuente	% de la electricidad generada
Eólica	23
Nuclear	20
Solar fotovoltaica	17
Ciclo combinado (gas natural)	14
Hidráulica	13
Cogeneración (sobre todo gas natural)	6
Otras renovables (solar térmica, biomasa…)	4
Carbón y otras no renovables	3

Formula una hipótesis sobre lo que pasará con las emisiones de $\text{CO}_2$ del sistema eléctrico en un año de sequía, y di qué datos mirarías para comprobarla.

Ver solución

Si hay sequía, aumentará la producción con gas y subirán las emisiones de CO₂. Datos: producción hidráulica, de ciclo combinado y emisiones de cada año.

Hipótesis: «Si en un año de sequía baja la producción hidráulica, entonces aumentará la producción de las centrales de ciclo combinado de gas y subirán las emisiones de $\text{CO}_2$ del sistema eléctrico». (Razonamiento: la nuclear ya funciona casi siempre a tope y la eólica y la solar dependen del tiempo; la central que se puede encender cuando hace falta es la de gas.) Para comprobarla, compararía en los informes de Red Eléctrica de varios años la producción hidráulica, la de ciclo combinado y las emisiones de $\text{CO}_2$ : en los años secos debería bajar la primera y subir las otras dos.

Para practicar más

1. Fácil
Escribe un impacto ambiental de cada fuente: a) petróleo; b) hidráulica; c) eólica; d) nuclear. ¿Hay alguna fuente sin ningún impacto?

Ver solución
a) CO₂ y contaminación del aire. b) Inunda valles. c) Paisaje y aves. d) Residuos radiactivos. No hay ninguna sin impacto.
a) Petróleo: emite $\text{CO}_2$ (cambio climático) y contaminantes al quemarse; mareas negras. b) Hidráulica: los embalses inundan valles y alteran el río. c) Eólica: impacto en el paisaje, ruido y aves. d) Nuclear: residuos radiactivos durante miles de años. Ninguna fuente tiene impacto cero; por eso lo más importante es ahorrar energía.
2. Media
Una central de carbón emite aproximadamente 1 kg de $\text{CO}_2$ por cada kWh, y una de ciclo combinado de gas natural, unos 0,4 kg por kWh. a) ¿Cuánto $\text{CO}_2$ emite cada una para producir 800 kWh? b) ¿Cuánto $\text{CO}_2$ se evita si esos 800 kWh se producen con placas solares?

Ver solución
a) Carbón 800 kg; gas 320 kg. b) Se evitan 800 kg (frente al carbón) o 320 kg (frente al gas).
a) Carbón: $800 \cdot 1 = 800\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ . Gas: $800 \cdot 0{,}4 = 320\ \text{kg}$ . b) Las placas solares no emiten $\text{CO}_2$ al funcionar: se evitan 800 kg si sustituyen al carbón o 320 kg si sustituyen al gas.
3. Media
Lucía cree que poner la tapa a la olla al calentar agua ahorra energía. a) Escribe su hipótesis con la forma «Si…, entonces…». b) Diseña un experimento en la cocina de casa para comprobarla: ¿qué variable cambias, qué mides y qué mantienes igual?
Ver solución
a) Si se tapa la olla, el agua tardará menos en hervir y se consumirá menos energía. b) Cambias tapa sí/no; mides el tiempo hasta hervir; mismo volumen de agua, misma olla, mismo fuego y misma temperatura inicial.
a) «Si tapamos la olla, entonces el agua tardará menos en hervir y se consumirá menos energía» (con la tapa se pierde menos energía térmica con el vapor y el aire). b) Diseño:
- Variable que cambio: olla con tapa / sin tapa.
- Lo que mido: el tiempo hasta que el agua hierve (con el mismo fuego, más tiempo significa más energía consumida).
- Lo que mantengo igual: el mismo volumen de agua (por ejemplo, 1 L), la misma olla, el mismo fuego o placa a la misma potencia y el agua a la misma temperatura al empezar. Repito cada caso dos o tres veces y comparo los tiempos medios.
4. Fácil
Haz una pequeña auditoría energética de tu casa: anota tres situaciones en las que se desperdicie energía (por ejemplo, un cargador enchufado sin el móvil) y propón para cada una una medida de ahorro o de eficiencia.
Ver solución
Respuesta abierta (tres situaciones con su medida, bien clasificadas).
Respuesta abierta. Ejemplos:
- Cargadores enchufados sin el móvil → desenchufarlos o usar una regleta con interruptor (ahorro).
- Bombillas halógenas en el salón → cambiarlas por LED (eficiencia).
- Calefacción a 24 °C con la ventana entreabierta → bajarla a 20 °C y ventilar solo 10 min (ahorro).
- Televisor en espera toda la noche → apagarlo del todo (ahorro).