2. 1. Fonts d’energia
Recursos naturals dels quals es pot obtenir energia
per produir calor, llum i potència.
Les fonts d’energia al llarg del temps
- Pobles primitius: energia muscular, energia del Sol,
força dels animals i combustibles vegetals per a
l’obtenció del foc.
- Fins el s. XIX: fusta, residus vegetals, aigua i vent.
- Segle XX: Carbó, petroli, gas natural, energia
nuclear i energies renovables.
3. Classificació de les fonts d’energia
• Segons la seva naturalesa:
- Primàries: Es troben en la natura: llenya, aigua, carbó...
- Secundàries: s’obtenen a partir de les fonts primàries
com l’electricitat o la benzina.
• Segons les reserves disponibles:
- Renovables: No s’esgoten. Sol, vent, aigua...
- No renovables: Reserves limitades. Carbó, petroli, gas
natural...
• Segons el grau d’utilització:
- Convencionals: S’utilitzen per produir la major part de
l’energia consumida: petroli, gas natural, hidroelèctrica...
- No convencionals: Es produeix una petita part de
l’energia consumida: solar, eòlica, ...
4. 2. 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.
El poder calorífic és l’energia que es desprèn en la
combustió completa de la unitat de massa o volum
d’un combustible.
5. La quantitat d’energia tèrmica (Q) necessària
per elevar la temperatura d’un cos des d’una
temperatura inicial T1 fins a una final T2, val:
Q = m·ce (T2 – T1)
1 J = 0,24 cal
1 cal = 4,18 J
6. La llenya i el carbó vegetal
La meitat de la humanitat depèn de la llenya per
escalfar-se, il·luminar-se i cuinar. En els països
en què el seu consum és bàsic, és utilitzada en
forma de carbó vegetal, que pesa de 5 a 6
vegades menys que la llenya original; per tant,
el seu transport és molt més barat.
El carbó vegetal s’obté de la piròlisi, que és una
combustió parcial de la llenya amb poca
presència d’oxigen.
7. El carbó mineral
És el primer combustible fòssil que va utilitzar la
humanitat. A mitjan segle XX el seu consum
disminuí sensiblement en favor del petroli.
Té el seu origen en els extensos boscos que cobrien
la major part de la Terra fa milions d’anys, en el
període carbonífer, caracteritzat per un clima
humit i càlid, afavoridor del creixement vegetal i
de la descomposició de la matèria orgànica.
La composició i el contingut de carboni és diferent
en funció de les condicions de pressió i del temps
de formació.
8. Tipus de carbó:
Torba: Conté aproximadament el 60% de
carboni i molta humitat. Només s’utilitza
en les zones pròximes a les torberes,
després d’assecar-se.
Lignits: Carbons d’origen recent, de poder
calorífic baix, que produeixen moltes
cendres quan cremen.
Hulles: Carbons d’un elevat contingut en
carboni i gran poder calorífic. Són utilitzats
com a reductors als alts forns per a
l’obtenció de ferro.
Antracites: Són els carbons més antics, de
major poder calorífic i amb un contingut en
carboni de fins el 95%.
9. Processos d’obtenció
• Explotació subterrània: Mètode tradicional d’extracció
de carbó. Consisteix a excavar pous verticals fins
arribar a la veta i seguidament obrir galeries en la seva
direcció.
A peu de mina, el carbó es tritura, es renta i es
classifica, per tal d’eliminar les matèries estranyes que
l’acompanyen i que en dificulten la combustió.
• Gasificació del carbó: Introducció d’un agent gasificant
a la veta del mineral, de la qual resulta gas de carbó
que s’utilitza com a combustible. Aquest mètode
permet l’explotació de jaciments que, per la seva
configuració i localització, tècnicament o
econòmicament no poden ser explotats mitjançant els
mètodes tradicionals.
10. Aplicacions
• Com a combustible d’ús general, utilitzat directament
sense cap transformació, en les centrals tèrmiques.
• Pel procés de destil·lació seca, se sotmet el carbó a una
alta temperatura i se n’obté:
- Coc: combustible utilitzat en la indústria siderúrgica.
- Gas ciutat: combustible d’utilització domèstica.
- Productes químics com els olis lleugers i el quitrà.
• Pel procés de gasificació:
- Gas natural sintètic
- Hidrocarburs
11. El petroli
Va iniciar la seva formació fa uns 600 milions d’anys
per l’acumulació de microorganismes que constituïen
el plàncton marí. En ser arrossegats pels corrents cap
a la costa, morien, es dipositaven al fons i quedaven
recoberts per successives capes de sorra, argila i
fang.
12. Localització i extracció
Per perforar es construeix una torre de perforació
i s’obre un pou de prova. Una vegada travessada
la roca, si es troba petroli s’obren més pous per
determinar el petroli que conté la bossa i
s’analitza la qualitat del cru obtingut.
Si l’avaluació és positiva es procedeix a l’extracció
que pot ser:
- Natural: Es produeix quan el petroli es troba
pressionat i puja espontàniament pel tub de
sondeig.
- Artificial: S’injecta aigua a través dels tubs de la
sonda, que obliga el petroli a pujar a la superfície,
o s’utilitzen bombes aspirants.
13. Transformació en productes aptes pel consum
A les refineries es porten a terme un seguit de
processos destinats a separar els diferents
components o fraccions del petroli.
Destil·lació fraccionada.
S’escalfa el petroli a 360ºC i es
va separant en funció del tipus
de fracció resultant. En estat
gasós s’extreu el butà i el propà.
Les altres fraccions s’extreuen
en funció del seu punt
d’ebullició com la benzina, el
gasoil i el querosè.
14. Craqueig
Consisteix en la descomposició dels hidrocarburs
més pesants (olis i fuels) per tal d’obtenir-ne de
més lleugers (benzines).
Polimerització
Procés químic contrari al craqueig: els hidrocarburs
lleugers (butà i propà), es converteixen en
compostos més pesants (benzines o gasoils).
Reformació
S’utilitza per millorar les característiques de les
benzines.
15. Aplicacions dels productes obtinguts
Gas butà i gas propà: combustible industrial i domèstic
Benzina: motors d’explosió
Directament Gasoil: calefaccions i motors dièsel
Olis lubricants
Asfalt: revestiments i paviments
Plàstics
Fibres sintètiques
Tractat en la Detergents
indústria Cautxú sintètic
petroquímica Dissolvents i pintures
Insecticides
16. El gas natural
Està format bàsicament per
metà (70%) barrejat amb
altres gasos com l’età, el
propà, el butà, etc., en
proporcions variables. Es
troba formant bosses, sol o
associat amb el petroli,
cobertes per capes
impermeables que
n’impedeixen la propagació.
17. Extracció, transport i distribució
• La formació del gas natural prové d’un procés
semblant al del petroli; per això la localització i
l’extracció, sigui a terra o sota el mar, es fa com la
del petroli.
• El transport als centres de consum es realitza
amb gasoductes o amb vaixells metaners. Perquè
el transport amb vaixell resulti econòmic se n’ha
de reduir el volum.
• El gas se sotmet a un procés de refredament en
diverses etapes, fins a obtenir-ne gas natural
liquat amb una reducció del seu volum unes 600
vegades.
18. Aplicacions
• Indústria, comerç i habitatge.
• Centrals tèrmiques mixtes.
• Instal·lacions de cogeneració. Producció simultània
d’energia elèctrica i calor útil.
• Indústria petroquímica.
19. L’energia nuclear
• L’energia nuclear s’obté dels canvis que es
produeixen en els nuclis dels àtoms.
• El nombre de protons que un àtom d’un determinat
element té en el seu nucli rep el nom de nombre
atòmic (Z).
• El nombre de protons més el de neutrons
s’anomena nombre màssic (A).
• 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.
20. Radioactivitat
• La radioactivitat natural és el fenomen de la transformació nuclear
espontània. Un nucli d’un àtom es transforma espontàniament en un
altre sense ajuda exterior. Els materials en què es produeix aquest
fenomen s’anomenen elements radioactius.
Tipus de Característiques Efecte
radiacions
Partícules α Surten del nucli dos neutrons i Recorren distàncies molt petites i són
dos protons frenades per un full de paper o la pell
humana.
Partícules β Surt del nucli un electró Poden recórrer fins 1 m i són frenades
per una planxa de metall.
Radiació γ No tenen massa ni càrrega Són les més perilloses perquè són molt
elèctrica. penetrants. Per aturar-les cal una placa
gruixuda de plom o una paret de
formigó.
21. Tipus de reaccions nuclears
• Reaccions de fusió: s’uneixen nuclis d’elements
lleugers per formar nuclis més pesants. Calen
grans quantitats d’energia per iniciar la reacció, ja
que els nuclis tenen càrrega elèctrica positiva i es
repel·leixen quan s’acosten.
• Reaccions de fissió: consisteixen en provocar la
ruptura del nucli d’un àtom amb l’impacte d’un
neutró. Per cada nucli escindit s’emeten dos o
tres neutrons que poden escindir altres nuclis
d’urani: aquest procés s’anomena reacció en
cadena.
22. Processos d’obtenció i enriquiment
dels combustibles nuclears
• Els combustibles nuclears són els elements
que en condicions adequades poden produir
reaccions nuclears de fusió i fissió.
• Per les reaccions de fusió el combustible
utilitzat és el deuteri i el triti.
• Per les reaccions de fissió s’utilitza l’urani 235,
el plutoni 239 i l’urani 233.
23. Importància econòmica dels recursos
energètics
• El petroli, el gas i el carbó representen prop del
90% de la producció d’energia mundial, la resta
prové de centrals nuclears, de la força hidràulica i
d’altres recursos renovables.
• Els països desenvolupats cremen prop del 70%
del combustible fòssil. La major part dels països
del Tercer Món obtenen gairebé tota la seva
energia de la llenya, el carbó vegetal i els fems.
• Les reserves disponibles són: petroli (40 anys),
gas natural (70 anys), carbó (200 anys) i urani
(100 anys).
24. Contaminació ambiental
• Efecte hivernacle: Elevació de temperatura que
experimenta l’atmosfera a causa de la presència
de gasos (CO 2) que deixen passar la radiació
visible de l’espectre solar i absorbeixen la calor
emesa per la Terra.
• Pluja àcida: Quan es cremen combustibles fòssils
es produeix òxid de sofre i de nitrogen, que a
l’arribar a l’atmosfera es transformen en àcid
sulfúric i àcid nítric. Aquests àcids es precipiten
amb la pluja i la neu, provocant un augment de
l’acidesa dels llacs, dels rius i fins i tot dels sòls.
25. • Boires fotoquímiques: Quan hi ha inversió
tèrmica i falta de vent, es crea sobre les ciutats
una cúpula d’aire calent que, carregada de
partícules del fum dels cotxes, indústries, etc.,
queda retinguda i no s’aixeca.
• Contaminació radioactiva: Els combustibles
irradiats en una central nuclear tenen una vida
de milers d’anys. De moment es desen a les
piscines de les centrals.
