Unitat 1 els recursos energètics

27/10/2013

Unitat 1. Els recursos energètics

1

FONTS D’ENERGIA
• Anomenem fonts d’energia els elements existents a la natura
susceptibles de ser transformats en energia, com l’aigua, el carbó, el
petroli,...
• Les fonts d’energia són els recursos naturals dels quals es pot obtenir
energia per produir calor, llum i potència.

LES FONTS D’ENERGIA AL LLARG DEL TEMPS
• Els pobles primitius  energia muscular i energia solar.
 força dels animals i foc (combustió de vegetals).
• Posteriorment

 energia del vent i de l’aigua.

• Revolució Industrial (s XIX)
 màquina de vapor en el transport i mecanització progressiva
del treball manual augmenta la demanda d’energia.
 substitució carbó vegetal per carbó mineral.
27/10/2013


2

FONTS D’ENERGIA
LES FONTS D’ENERGIA AL LLARG DEL TEMPS
• Els avenços tècnics i la invenció del motor d’explosió  petroli i
benzina.
• La Primera Guerra Mundial
derivats del petroli.
• La dècada dels 70
petroli.

(1914-1918)

 gran desenvolupament dels

 50% del consum energètic mundial deriva del
 any 1973 crisi de l’energia.

• La Segona Guerra Mundial (1939-1945)  impuls del consum del gas
natural a nivell domèstic i industrial.
• En aquesta època es planteja com alternativa l’energia nuclear  1954
primera central nuclear de fissió (URSS).
• Actualment nous reptes  política d’estalvi energètic i ús de recursos
renovables.
27/10/2013


3

CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA
• En funció de la seva naturalesa:

Primàries: es troben a la naturalesa.
Ex: llenya, aigua, petroli,...

Secundàries: s’obtenen a partir de les fonts primàries
Ex: electricitat, benzina,...

27/10/2013


4

• En funció de les reserves disponibles:

Renovables
(reserves il·limitades)

No renovables
(reserves limitades)

27/10/2013

Energia solar
Energia eòlica
Energia hidràulica
Energia geotèrmica
Biomassa
RSU
Energia mareomotriu
Energia de les ones

Carbó
Petroli
Gas natural
Urani


5

• En funció del grau d’utilització:

Convencionals: aquelles a partir de les quals es produeix la
major part de l’energia consumida per la societats.
Ex: petroli, gas natural, carbó hidroelèctrica, nuclear.

No convencionals: aquelles a partir de les quals es produeix
una petita part de l’energia total consumida per la societat.
Ex: solar, eòlica,...

27/10/2013


6

MATERIALS COMBUSTIBLES
• Els materials combustibles són substàncies que, en combinar-se
amb l’oxigen, donen lloc al fenomen de la combustió, amb la qual cosa
s’obté energia calorífica i, sovint, energia lluminosa.
Material combustible + O2

ECALORÍFICA + ELUMÍNICA

• Els combustibles fòssils són els combustibles naturals més
abundants a la natura. Els podem classificar en:

a)

Sòlids: El més utilitzat és el carbó (antracita, hulla, lignit).

b)

Líquids: Molts provenen de la destil·lació del petroli
(gasoil, fuel, benzina, querosè,). També s’utilitzen alcohols
(etanol, metanol).

c)

Gasosos: El més utilitzat és gas natural (70% metà) i els
gasos liquats del petroli (GLP) (propà, butà).

27/10/2013


7

PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)
• El poder calorífic (PC) és l’energia que es desprèn en la combustió
completa de la unitat de massa o volum d’un combustible.

P
C

[MJ/kg] o [kcal/kg] en líquids o sòlids

Calor (Q)
Quantitat de combustible

[MJ/m3] o [kcal/m3] en gasos

• Els combustibles gasosos es distribueixen a pressions i temperatures
diferents de les condicions normals (0 ºC i 1 atm). Per saber el seu
poder calorífic en les noves condicions cal resoldre:
PC

27/10/2013

PC (CN)

p
273
101300 273 T

on p = pressió [Pa]
T = temperatura [ºC]


8


27/10/2013


9

• La capacitat calorífica (C) és la quantitat de calor que cal subministrar
a una substància per augmentar-li la seva temperatura en 1 ºC o 1 K.

Llavors, la quantitat d’energia tèrmica (Q) necessària per elevar la
temperatura d’un cos des d’una temperatura inicial T1 fins una final
T2, val:

Q

C T2 T1

m ce T2 T1

[MJ] o [kcal]

on ce és la calor específica del cos, que és la capacitat calorífica per
unitat de massa i es mesura en MJ/kg·ºC

27/10/2013


10


27/10/2013


11


27/10/2013


12

LA LLENYA I EL CARBÓ VEGETAL
• La meitat de la població humana encara depèn de la llenya. Es sol
utilitzar en forma de carbó vegetal (pesa 5 o 6 vegades menys).
• El carbó vegetal s’obté de la piròlisi, que és una combustió parcial de
la llenya amb poca presència d’O2 (s’elimina aigua).

27/10/2013


13

LA LLENYA I EL CARBÓ VEGETAL

27/10/2013


14

EL CARBÓ MINERAL
• Va ser el primer combustible fòssil que va utilitzar la humanitat.
Format per C (70%), H (6%), S (2%), N (1%), altres òxids de
silici, ferro,...) (10%).
• Es va formar durant el període carbonífer (fa uns 300 milions d’anys)
seguint el següent procés:

– Part dels boscos que cobrien la terra van quedar submergits i
després colgats sota enormes quantitats de sorra i roques.
– La descomposició lenta de la matèria orgànica, sense la
presència d’oxigen, juntament amb la pressió i la temperatura a
que ha estat sotmesa durant milions d’anys, ha transformat la
fusta d’aquells boscos en el carbó actual.

27/10/2013


15

EL CARBÓ MINERAL

27/10/2013


16

EL CARBÓ MINERAL

27/10/2013


17

EL CARBÓ MINERAL
• La composició i el contingut de carboni és diferent en funció de les
condicions de pressió i del temps de formació. Podem distingir 4
grups de carbons:
- antic
+ gruix

%C

Profunditat [m] PC [MJ/kg] Combustió

TORBA

50-60

0-1000

< 14

LIGNIT

60-75

1000-3000

14-17

Incompleta
(deixa cendra)

HULLA

75-90

3000-6000

≈ 28,5

Completa

≈ 6000

≈ 31,5

(poca cendra)

ANTRACITA 90-95
+ antic
- gruix
27/10/2013


18

EL CARBÓ MINERAL

- antic
+ gruix

+ antic
- gruix

27/10/2013


19

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

Torba

Lignit

Hulla
27/10/2013

Antracita

20

PROCESSOS D’OBTENCIÓ

• El primer que cal fer, independentment del tipus de procés
d’obtenció, és fer un estudi per determinar la qualitat i la quantitat de
carbó  ÉS RENDIBLE?
• Destacarem tres processos d’obtenció diferents, depenent del tipus de
carbó que calgui extreure, la seva profunditat, l’accessibilitat a la
veta,....
Explotacions a cel obert
Explotacions subterrànies
Gasificació del carbó

27/10/2013


21

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

• Extracció de lignits.
• Primer es retira el material que cobreix el jaciment, de forma que la
veta de carbó queda al descobert.
• Amb maquinària especial i, si cal, explosius es trenca el carbó i se’n
obtenen grans quantitats.
• Necessiten pocs operaris i una gran inversió en maquinària.
• Un cop acabada l’extracció la legislació vigent obliga a cobrir el terreny
i replantar la vegetació destruïda   impacte ambiental

27/10/2013


22


27/10/2013


23


27/10/2013


24


27/10/2013


25


27/10/2013


26


27/10/2013


27


27/10/2013


28


27/10/2013


29


27/10/2013


30


27/10/2013


31


27/10/2013


32

EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA

• Extracció d’hulles i antracites.
• S’excaven pous verticals fins arribar a la veta de carbó i seguidament
s’obren galeries en la seva direcció.
• Actualment s’utilitzen màquines especials (barrinadores) que eliminen
la necessitat de picar.

• Un cop desprès el material es recull mecànicament en vagonetes o
cintes transportadores que el porten a la superfície.
• A peu de mina el carbó es tritura, es renta i es classifica (eliminació
d’escòries), i posteriorment es transportat en camions o trens.
• Principals perills: ESFONDRAMENTS, GRISÚ i la SILICOSI.
27/10/2013


33


27/10/2013


34


27/10/2013


35


27/10/2013


36


27/10/2013


37


27/10/2013


38


27/10/2013


39

GASIFICACIÓ DEL CARBÓ

• Extracció d’hulles i antracites que per la seva configuració i/o
localització són tècnicament i/o econòmicament no explotables pels
mètodes tradicionals.
• Consisteix en la introducció d’un agent gasificant (aigua a 1500 ºC) a la
veta del mineral, de la qual cosa s’obté gas de carbó (gas d’aigua (CO
+ H2)) que és combustible.
Carbó + H2O(1500 ºC)

27/10/2013

CO + H2


40


27/10/2013


41


27/10/2013


42

APLICACIONS DEL CARBÓ

• Combustible d’ús general, usat sense cap transformació.
• Pel procés de destil·lació seca (separació per alta Tª sense O2):
– Coc (indústria siderúrgica)
– Gas ciutat (domèstic)
– Productes
(olis, quitrà, plàstics, fertilitzants,
perfums,...)

explosiu,

químics
medicaments

• Pel procés de gasificació:

– Gas natural sintètic
– Hidrocarburs (combustibles líquids i gasosos similars als derivats
del petroli)
27/10/2013


43

APLICACIONS DEL CARBÓ

27/10/2013


44

EL PETROLI
• La seva importància rau en la gran quantitat de productes derivats que
proporciona i en el poder energètic de molts d’ells
(benzina, gasoil, fuel, querosè, olis, detergents, goma, plàstics, dissolv
ents,...)
• Característiques del petroli brut:
–
–
–
–
–
–
–
27/10/2013

Format per barreja d’hidrocarburs (C i H), S, O i N.
Color variable (des de terrós fins a negre).
Menys dens que l’aigua (ρ = 0,80-0,95 kg/dm3).
Insoluble en aigua.
Aspecte oliós (viscositat variable).
Olor desagradable.
No té aplicació directa, se n’han de separar els components per
destil·lació a les refineries.

45


27/10/2013


EL PETROLI

46


EL PETROLI

ORIGEN DEL PETROLI

• Inicia la seva formació fa uns 600 milions d’anys, per l’acumulació de
microorganismes que constituïen el plàncton marí.
• Aquests eren arrossegats pels corrents marins, arribaven a la costa i
morien, quedant dipositats a la sorra i essent recoberts per
successives capes de sorra, argila i fang.
• La matèria orgànica, atrapada sense oxigen, comença la seva
descomposició per bacteris, que, juntament amb les elevades P i T i el
pas dels anys origina els diferents hidrocarburs que constitueixen el
petroli (també el gas natural).
• L’estat líquid permet el desplaçament a través de roques poroses fins
arribar a roques impermeables  Trampes petrolíferes.
27/10/2013


47


EL PETROLI

ORIGEN DEL PETROLI

27/10/2013


48


EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

27/10/2013


49


EL PETROLI


• Aquest procés s’inicia amb una prospecció del terreny (en regions
amb roques sedimentàries). Aquestes prospeccions poden ser:
– Mètodes magnetotèrmics: estudiem les distorsions del camp
magnètic terrestre ocasionat pel magnetisme de les roques.

– Mètodes gravimètrics: mesuren fluctuacions del camp
gravitatori terrestre que permeten detectar concentracions
salines (associades a possible existència de petroli).
– Mètodes sísmics: mitjançant explosius creem ones sísmiques i
estudiem la seva propagació pels diferents materials.
• Quan la bossa de petroli es troba sota el mar caldrà fer prospeccions
marines.
27/10/2013


50


EL PETROLI


27/10/2013


51


EL PETROLI


• Un cop feta la prospecció cal construir una torre de perforació i obrir
un pou de prova.

27/10/2013


52


EL PETROLI


27/10/2013


53


EL PETROLI


• Les
torres
són
estructures
metàl·liques resistents per suportar
el pes d’una sonda (tubs que es
van
empalmant)
que
s’anirà
enfonsant fins a travessa la roca. Al
cap de la sonda es col·loca una
barrina amb dents d’un material
molt dur.

27/10/2013


54


EL PETROLI


27/10/2013


55


EL PETROLI


27/10/2013


56


EL PETROLI


• Aquest barrina necessita refrigerar-se contínuament. Això es fa
injectant llot, per dins de la sonda i extraient-ho per fora.

27/10/2013


57


EL PETROLI


• Pel que fa a l’extracció aquesta es pot ser natural o artificial.
Extracció natural: el petroli es troba pressionat i puja
espontàniament pel tub de sondeig.
Extracció artificial: s’injecta aigua o altres elements a
través dels tubs de la sonda, que obliga el petroli a pujar
a la superfície, o per mitjà de bombes aspirants.
• Normalment cal combinar els dos tipus d’extraccions. Malgrat tot
,després de les extraccions, aproximadament el 50% del petroli del
jaciment no es pot obtenir (en condicions econòmicament favorables) i
resta sense aprofitar.

27/10/2013


58


EL PETROLI


A)

Extracció primària: es traca
d’extracció natural. El petroli surt
empès pel gas que tenia dissolt.
Surt aproximadament entre un
15% i un 30% del petroli.

B) Extracció secundària: injectem
aigua per tal d’apropar el petroli
amunt.
C)

Extracció terciària: introduïm
detergents amb la finalitat de
disminuir la tensió superficial i la
viscositat del petroli. És car

27/10/2013


59


EL PETROLI

TRANSFORMACIÓ DELS PRODUCTES

• Un cop extret el petroli es transporta mitjançant vaixells o oleoductes a
les refineries. En aquestes es porten a terme un seguit de processos
destinats a separar els diferents components o fraccions del petroli.

• Els més característics
són:
Destil·lació
fraccionada
Cracking
Polimerització
Reforming
27/10/2013


60


EL PETROLI

DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA

27/10/2013


61


EL PETROLI


• Consisteix en escalfar el cru fins a l’evaporació i refredar-lo
progressivament i obtenir les fraccions condensades separades en
funció del seu punt d’ebullició.
• S’efectua amb 2 torres de destil·lació o columnes de fraccionament. La
primera treballa pressió atmosfèrica i la segona al buit.
• El procés comença escalfant el petroli en un forn a uns 360 ºC i
introduint-lo a la base de la primera torre. Els elements més lleugers
(butà, propà, benzines,...) arriben a la part més alta de la torre. Les altres
fraccions són extretes en diferents nivells.
• La fracció que resta líquida a 350 ºC (residu atmosfèric) es torna a
escalfar (ara a 400 ºC) i s’introdueix a la torre de buit per tornar-se a
destil·lar, obtenint també diverses fraccions.

27/10/2013


62


EL PETROLI


27/10/2013


63


EL PETROLI


27/10/2013


64


EL PETROLI

CRACKING

• Consisteix en la descomposició del
hidrocarburs més pesants (olis i
fuels), per tal d’obtenir-ne de més
lleugers (benzines).
• Es pot fer a temperatures i
pressions
elevades
(cracking
tèrmic) o amb la presència de
catalitzadors (cracking catalític).
POLIMERITZACIÓ

• És el procés invers al cracking. Es
tracta
de
transformar
els
hidrocarburs més lleugers (butà i
propà) en compostos més pesants
(benzines i gasoils).
27/10/2013


65


EL PETROLI

REFORMING

• S’utilitza per millorar les característiques de les benzines. Es fa a altes
temperatures i en presència d’un catalitzador (com el platí).

27/10/2013


66


EL PETROLI

APLICACIÓ DELS PRODUCTES OBTINGUTS

• Directament:
– Gas butà i propà (combustible industrial i domèstic)
– Èter de petroli (dissolvent)
– Benzina, querosè, gasoil, fuel (combustible de motors, centrals)
– Olis lubricants (lubricants)
– Ceres de parafines (espelmes, llumins,...)
– Asfalt (revestiments, paviments,...)
• Tractat a la industria petroquímica:
– Plàstics
– Fibres sintètiques (niló, poliester)
– Detergents, dissolvents, pintures, insecticides, explosius,...
– Cautxú sintètics sintètiques (niló, poliester)
27/10/2013


67

EL GAS NATURAL

• Bàsicament format per metà (CH4), com a mínim un 70%, barrejar per
altres gasos (età, propà, butà,...).
• Es troba formant bosses, sol o associat a petroli. C
FORMACIÓ I EXTRACCIÓ
• El procés de formació és semblant al del petroli, per tant la localització i
extracció són paral·leles a les del petroli.
• Dels jaciments extraiem aproximadament el 85% de la seva capacitat
total.
• Un cop extret el gas cal netejar-lo d’impureses (pols, aigua, sorra i
altres gasos no desitjats).
27/10/2013


68


EL GAS NATURAL

TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

• Fins fa relativament poc no s’utilitzava com a font d’energia primària
degut als problemes que presenta el seu transport i emmagatzematge.
• Actualment el transport als centres de consum es realitza amb:
Gasoductes: es transporta el gas en estat gasós a una pressió
entre 36 i 70 atmosferes. És el mètode més econòmic.
Vaixells metaners: es transporta el gas en estat líquid (GNL) a 163 ºC (així aconseguim reduir el seu volum 600 vegades).
• La distribució des de la planta als llocs de consum exigeix una xarxa de
canonades de diferents pressions, en funció de la proximitat als llocs
de consum.
27/10/2013


69


27/10/2013


EL GAS NATURAL

70


27/10/2013


EL GAS NATURAL

71


EL GAS NATURAL


27/10/2013


72


EL GAS NATURAL


27/10/2013


73


EL GAS NATURAL


27/10/2013


74


EL GAS NATURAL


27/10/2013


75


EL GAS NATURAL

APLICACIONS

• La indústria, el comerç i l’habitatge, mitjançant el desplegament de la
xarxa de distribució.
• Les centrals tèrmiques mixtes, que alternen el gas natural amb la
crema d’altres combustibles (fuel i carbó).
• Les instal·lacions de cogeneració, que produeixen simultàniament
energia elèctrica i tèrmica útil (maximitzant els rendiments).
• La indústria petroquímica, com a matèria primera.

27/10/2013


76

ALTRES COMBUSTIBLES GASOSOS
• Un gas combustible és aquell que és capaç de reaccionar amb
l’oxigen de l’aire de forma ràpida i amb alliberament de calor

• Aquests gasos combustibles es podem classificar en tres famílies
atenent al seu poder calorífic (PC):
Primera família: el seu PC en CN varia entre 17 i 23 MJ/m3.
Pertanyen a aquesta família el gas ciutat o manufacturat (obtingut a
partir de carbó, petroli o gas natural).
Segona família: el seu PC en CN varia entre 42 i 55 MJ/m3.
Pertanyen a aquesta família el gas natural i l’aire propanat.

Tercera família: el seu PC en CN varia entre 94 i 120 MJ/m3.
Pertanyen a aquesta família el gas butà i el propà (GLP).
27/10/2013


77

L’ENERGIA NUCLEAR
ÀTOM
• És la quantitat més petita d’un element químic que conserva les seves
propietats.
• Està format per:
• Nucli  protons (p+) i neutrons (n)
• Escorça  electrons (e-)

Partícula

Massa (kg)

Protó

1,67·10-27

Càrrega
elèctrica (C)
+ 1,602·10-19

Neutró

1,67·10-27

0

Electró

9,11·10-31

- 1,602·10-19

• Els e- giren al voltant del nucli descrivint trajectòries circulars o
el·líptiques  òrbites o capes
27/10/2013


78

L’ENERGIA NUCLEAR
ÀTOM
• NOMBRE ATÒMIC (Z)  nombre p+ = nombre e(propi i definitori de cada element)

A
Z

• NOMBRE MÀSSIC (A)  nombre p+ + nombre n

χ

• Dels àtoms del mateix element que difereixen en el nombre de
neutrons i, per tant, també en el nombre màssic es diu que són
isòtops de l’element.

Ex:

isòtops de l’hidrogen:

H (hidrogen o protí)

H (deuteri)

1
1

H (triti)

2
1

3
1

isòtops de l’urani:

U (U - 233)

233
92
27/10/2013

U (U - 235)

235
92


U (U - 238)

238
92

79

L’ENERGIA NUCLEAR
RADIOACTIVITAT. VIDA MITJANA D’UN ELEMENT RADIOACTIU
La radioactivitat natural és el fenomen de la transformació o transmutació
nuclear espontània (sense cap ajuda exterior). És pròpia del elements
radioactius.

S’emet radiació a alta velocitat que pot ser:
Radiació electromagnètica: raigs γ (sempre amb α o β)
Radiació de partícules: α o β
Conegudes com radiacions ionitzants perquè tenen
energia suficient per penetrar la matèria i ionitzar-ne els
àtoms i/o les molècules.

27/10/2013


80

L’ENERGIA NUCLEAR

RADIOACTIVITAT

4
2

n

27/10/2013


α

He

4
2

0
-1

p

81

β

L’ENERGIA NUCLEAR

RADIOACTIVITAT

Es isòtops radioactius artificials s’obtenen mitjançant el bombardeig de
nuclis amb partícules projectil α, β i γ, i sobretot neutrons.
Tot element radioactiu es caracteritza pel temps de semidesintegració, anomenat
vida mitjana, que és el temps en què una determinada quantitat d’element
radioactiu es redueix a la meitat, pel fet d’haver-se desintegrat l’altra meitat.

27/10/2013


82

L’ENERGIA NUCLEAR

L’ENERGIA DEL NUCLI ATÒMIC

• L’energia nuclear és l’energia continguda en el nucli dels àtoms.
• Quan n + p+ formen un nucli atòmic resulta una massa inferior a la suma
de les seves masses abans d’unir-se. Aquesta pèrdua de massa
correspon a una transformació d’energia anomenada energia d’enllaç
(que s’encarrega de mantenir unides les partícules atòmiques).
• En totes les reaccions nuclears, s’allibera una certa quantitat d’energia
(diferència entre les energies d’enllaç anteriors i posteriors). Aquesta
energia la podem calcular:

E

m c2

on m = massa convertida en energia [kg]
c = velocitat llum (3·108) [m/s]

• No tota la matèria es pot transformar en energia perquè la majoria
d’elements són estables i els radioactius naturals l’emeten molt
lentament. Per tant, cal aconseguir isòtops radioactius artificials.
27/10/2013


83

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

• Qualsevol procés que implica el nucli d’un àtom s’anomena reacció o
transmutació nuclear.

• Existeixen dos tipus de reaccions nuclears:
Reaccions de fusió nuclear
Reaccions de fissió nuclear
REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR
• Són aquelles reaccions en que
s’uneixen nuclis d’elements lleugers
per formar nuclis més pesants.
• Aquestes reaccions desprenen molta
energia: són les que es produeixen de
forma espontània al Sol.
27/10/2013


84

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

Ex:

H

deuteri + deuteri:

H

He

2
1

2
1

Ex:

n

E

n

E

deuteri + triti:

H

2
1

27/10/2013

H

2
1

3
2

He

4
2

1
0

1
0


85

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS


• La gran dificultat d’aquest tipus de reaccions és que cal una gran
quantitat d’energia per iniciar la reacció (per acostar dos nuclis positius).
• Podem aconseguir reaccions de fusió escalfant les partícules a
temperatures de l’ordre de 100·106 ºC  estat de plasma.

• El problema es com aïllar el plasma a tan alta temperatura  confinar-lo
en potents camps magnètics.
• En pic dominem aquesta tècnica obtindrem energia de forma
barata, il·limitada, segura i mediambientalment acceptable.
• Aquest tipus de reaccions s’han provat en el camp militar en la BOMBA
D’HIDROGEN (800 cops més potent que la bomba atòmica).

27/10/2013


86

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS


27/10/2013


87

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS


27/10/2013


88

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR
• Són aquelles reaccions que
consisteixen a provocar la ruptura
del nucli d’un àtom amb l’impacte
d’un neutró.
• L’interès més gran del procés de
fissió està en el fet que per cada
nucli escindit s’emeten dos o tres
neutrons que poden escindir altres
nuclis d’urani, i així successivament
 reacció en cadena.

• Un cop iniciada la reacció, es pot mantenir per si mateixa sempre que es
disposi d’una quantitat d’àtoms d’urani suficients  massa crítica.
27/10/2013


89

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

Ex:

U

235
92

fissió U-235:

n

1
0

Ba

140
56

Kr

93
36

2 01n

E

• En comptes de Ba i Kr, poden
aparèixer
elements
com
Xe, Rn, Cs, I,...
• D’un kg d’urani fissionat obtenim
la mateixa energia que de 2500
tones de carbó (i només
desapareixen 0,68 g d’urani).
27/10/2013


90

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

• Aquest tipus de reaccions es poden dur a terme de forma lenta i
controlada (en els reactors nuclears de les centrals) o de forma
instantània i incontrolada en les bombes atòmiques.

27/10/2013


91

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS
• Els combustibles nuclears són els elements que en condicions
adequades poden produir reaccions nuclears de fusió i
fissió, energèticament aprofitables.
Reaccions fusió
• Combustibles nuclears
Reaccions fissió

Deuteri
Triti
U-235 (natural)
Pu-239 (artificial)
U-233 (artificial)

• Pel que fa a l’urani natural, està format per un 99,27% d’U-238, un
0,72% d’U-235 i la resta d’U-234. La majoria de reactors comercials
necessiten per al seu funcionament l’urani enriquit, en el qual la
proporció d’U-235 ha augmentat fins al 3 o 4%.
27/10/2013


92

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS

27/10/2013


93

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

RESIDUS RADIOACTIUS
• Els residus gasosos (aire de ventilació de recintes potencialment
contaminants) se sotmeten a un procés de filtratge i retenció fins que
l’activitat ha disminuït en grau suficient que permeti l’evacuació a
l’atmosfera.

• Els residus líquids (procedents de centrals nuclears) són
filtrats, obtenint-ne fangs i una part líquida. Els fangs rebran el mateix
tractament que els residus sòlids. La part líquida es depurada i es
reincorpora al procés.

27/10/2013


94

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

RESIDUS RADIOACTIUS
• Els residus sòlids de baixa i
mitjana activitat (produïts en
centrals
nuclears,
hospitals:
filtres,
guants,
robes,
eines
contaminades i els fangs de la
filtració dels residus líquids) són
barrejats amb una massa de formigó i
tancats hermèticament en bidons
d’acer de doble paret, que es desen
en la mateixa central i després en
emplaçaments adequats fora de la
central.

27/10/2013


95

L’ENERGIA NUCLEAR

REACCIONS NUCLEARS

RESIDUS RADIOACTIUS
• Els residus sòlids d’alta activitat
(productes
de
fissió:
barres
de
combustible) es dipositen durant uns
mesos en una piscina de formigó, a la
mateixa central, per amortir-ne l’activitat.
Després s’introdueixen en recipients
especials, amb parets d’acer i blindats
amb gruixudes capes de plom, i són
enviats cap a plantes de reelaboració
per tal de depurar el combustible no
fissionat.
La resta es sotmet a calcinació, convertint-los en una pols fina que es
barreja amb vidre fos i es col·loca en recipients d’acer inoxidable, que
són emmagatzemats en mines profundes situades en zones
geològicament estables.
27/10/2013


96

LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2

27/10/2013


97

• Consisteix en l’elevació de temperatura que experimenta l’atmosfera a
causa de la presència de gasos hivernacle que deixen passar la
radiació visible de l’espectre solar i absorbeixen la infraroja (calor)
emesa per la terra.
• Els principals gasos hivernacle són:
CO2  Responsable de més del 50% del reescalfament
CFC  Responsable del 25% del reescalfament
Altres gasos hivernacle  H2O (vap), NO2, CH4, O3,...
• La presència d’aquests gasos és indispensable per a la vida a la
terra, s’encarreguen de regular la temperatura del planeta. Sense ells la
Tª seria uns 30 ºC més freda.

27/10/2013


98


27/10/2013


99

• Unes quatre cinquenes parts dels nivells de CO2 provenen de la crema
de combustibles fòssils i la resta es causada per la destrucció de la
vegetació (sobretot tala d’arbres tropicals).
• Si no hi posem remei/control és calcula que la mitjana de temperatura
per l’any 2020 pujarà en 1,3 ºC i per l’any 2070 en 3 ºC.
Això pot provocar:
Elevació del nivell dels mars (per la fusió de part dels casquets
polars).
Canvis climàtics a nivell global, que afectarien les produccions
agrícoles, els ecosistemes, desaparició d’espècies de plantes i
animals per no poder adaptar-se a un canvi climàtic tan sobtat,...

27/10/2013


100

LA PLUJA ÀCIDA
• Els òxids de sofre (SOX) i de nitrogen (NOX) són contaminants
perillosos que s’introdueixen a l’atmosfera quan es cremen combustibles
fòssils; allà entren en contacte amb vapor d’aigua, llum i oxigen i es
transformen en àcid sulfúric i àcid nítric.
Quan aquests àcids són arrossegats per la pluja o els flocs de neu o
cauen en forma de partícules seques, es produeix la pluja àcida, que
provoca un augment de l’acidesa dels llacs, dels rius i torrents d’aigua
dolça i en alguns casos, fins i tot, dels sòls.
• Si és una deposició seca, es contaminen les rodalies del focus emissor;
si és una deposició humida contamina a centenars de quilòmetres.

27/10/2013


101

LA PLUJA ÀCIDA

27/10/2013


102

LA CONTAMINACIÓ
FOTOQUÍMIQUES

ATMOSFÉRICA

URBANA.

LES

BOIRES

• Es tracta de contaminació atmosfèrica característica d’algunes grans
ciutats, la qual afecta a persones, edificis, monuments,...
• Es produeix per la existència d’una inversió tèrmica juntament amb la
falta de vent. Això crea sobre les ciutats una cúpula d’aire calent
que, carregada de partícules del fum dels cotxes, centrals
tèrmiques, indústries,... queda retinguda i no s’aixeca formant una boira
carregada de partícules contaminants.
• En aquestes boires podem trobar, entre d’altres, SO2, NO2, hidrocarburs
reactius, CO, metalls pesants,...

• Poden provocar conjuntivitis, sinusitis, asma, mal de coll,....
27/10/2013


103

LA CONTAMINACIÓ RADIOACTIVA
• Les centrals nuclears no generen gasos contaminants i, per tant, no
contribueixen a la pluja àcida ni a l’efecte hivernacle, però tant el
combustible com els residus que generen són radioactius i emeten
radiacions perilloses per a les persones, els animals i les plantes.
• Per tant els dos grans problemes de les centrals nuclears són:
Les emissions radioactives
La gestió dels residus radioactius

27/10/2013


104

Unitat 1 els recursos energètics

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à Unitat 1 els recursos energètics

Similaire à Unitat 1 els recursos energètics (20)

Plus de davidsanz50

Plus de davidsanz50 (9)

Unitat 1 els recursos energètics