Para complementar esta investigación, se ha incorporado esta sección que abarca los diferentes tipos de energías renovables y las compara cuantitativamente según la literartura más reciente encontrada al respecto.
Emisiones de gases de invernadero.
Las emisiones de gases de invernadero, son estimadas de acuerdo a un análisis de ciclo de vida (en inglés LCA, life cycle analysis) para cada una de las tecnologías, que comprende la manufactura de la planta, hasta la etapa de operación. La Tabla 8 muestra el promedio de cada una de ellas
Tabla 8 - Emisiones de dióxido de carbono en el ciclo de vida de cada tipo de energía eléctrica.
| Tipo | g CO2/kWh |
| Fotovoltaicas | 90 |
| Eólicas | 25 |
| Hidráulicas | 41 |
| Geotérmicas | 170 |
| Carbón | 1004 |
| Gas | 543 |
Se observa que la energía eólica es aquella con el nivel más bajo de emisiones de dióxido de carbono, con alrededor de 25 gCO2/kWh. Luego vienen las centrales hidráulicas, con 41 gCO2/kWh, y las fotovoltaicas con 90 gCO2/kWh. Para el caso geotérmico, se llega a los 170 g/kWh. Estos valores son promedios calculados presentados por el autor de dicha referencia.
Para el caso fotovoltaico y el caso eólico, la mayor parte de las emisiones resulta de la electricidad usada en la etapa de manufactura. Esto es relevante para el análisis de emisiones en el ciclo de vida de una planta, ya que dependerá de la matriz energética del país donde se haga el estudio. La electricidad utilizada para fabricación se considera en base a los porcentajes que componen de dicha matriz. Por ejemplo, una matriz energética “típica” corresponde a la de Australia, donde el 76% es de carbón, 15% gas natural, 2% petróleo, 6% hidráulica y 1 % renovables-no-hidráulicas
En el caso de la hidroelectricidad, los climas fríos, con poco uso de biomasa, y represas de gran capacidad, las emisiones por kWh son bajas. Las características del terreno inundado en la construcción de una represa tienen relevancia en cuanto a las emisiones de CO2, mientras más vegetación exista durante la inundación, y más altas sean las zonas de retiro, las emisiones serán mayores. Es por esto que las zonas tropicales y del Amazonas, son consideradas las con mayor nivel de emisiones para una central hidroeléctrica. La mayor parte de las emisiones de gases de invernadero de una represa, corresponden al metano de la descomposición anaeróbica de la vegetación; por lo general, éstas van decreciendo con el paso de los años, ya que la biomasa se va consumiendo. El metano es potencialmente 25 veces más dañino que el dióxido de carbono, como gas invernadero, lo que equivale a más de 100 años
Las emisiones para las tecnologías geotérmicas, son las que más dependen de la tecnología implementada. Los gases de desecho comprenden casi un 90% de CO2, por lo que si son emitidos directamente a la atmósfera, tienen un gran impacto (por esto es relevante la tecnología). Las plantas modernas capturan el CO2 para producir hielo seco, o si no lo vuelven a reinyectar en el pozo
Transformación del suelo.
La transformación del suelo se refiere a la superficie de tierra alterada durante todo el ciclo de vida de la central, a partir de un estado inicial como referencia, y considera los procesos de fabricación, accesos, operación, mantención y desmantelamiento. Existe otro término llamado “ocupación del suelo”, el cual involucra el tiempo en que el área transformada regresa a su estado original; si bien este método es más completo, es sumamente difícil de estimar, ya que se necesita predecir el tiempo en que el suelo se recupera hasta regresar a su productividad inicial y depende de muchas variables (como el clima). Por lo tanto, los resultados presentados a continuación, provenientes de la investigación bibliográfica, corresponden a la “transformación del suelo”.
En el caso de las centrales fotovoltaicas, Fthenakis utiliza para el ejemplo una central de 4.6 MW ubicada en Springerville, Arizona. El ciclo PV-combustible consiste en la adquisición de materiales, producción de los módulos, operación, mantención, y desecho de materiales. Para una configuración típica montada en tierra, se requiere suelo adicional para acomodar el módulo PV, para los accesos, mantención y para evitar las sombras. Se utilizó un factor de insolación de 1800 kWh/m2/año para el promedio de EEUU, y otro de 2400 kWh/m2/año para el caso del suroeste de EEUU, donde normalmente se instalan las plantas fotovoltaicas. Para concentradores PV, se utilizó como modelo una planta de 1 MW ubicada en Byron, California, cuya eficiencia es de aproximadamente un 20%, y con un factor de insolación de 2500 kWh/m2/año. A diferencia de las tecnologías no renovables convencionales, los ciclos solares de electricidad-combustible generan electricidad sin tener que extraer combustible. De esta forma, la electricidad generada en un área a lo largo de los años es proporcional a la vida de la planta solar. Su tiempo de vida sería eterno, si las estructuras y maquinaria no tuviesen que ser desmanteladas por motivos económicos. Para el análisis se usaron tiempos de vida de 30 y 60 años, por considerarse representativos para la planta modelo. El uso indirecto de suelos, proviene del ciclo de vida de los componentes de los módulos fotovoltaicos y de la tecnología BOS (balance of system); si se compara con el uso directo, se torna despreciable. El uso indirecto de suelo para multi, mono y ribbon Si, se estima en 18.4, 18 y 15 m2/GWh respectivamente, con un factor de insolación de 1800 kWh/m2/año y un tiempo de vida de la central de 30 años. Además, el autor determinó el uso indirecto de suelo para un BOS, como 7.5 m2/GWh tomando iguales condiciones
Tabla 9 - Transformación del suelo de distintos tipos de plantas solares.
| Tipo | Eficiencia | Factor de embalaje | Insolación | Vida útil | Transformación del suelo |
| | % | | [kWh/m2/año] | años | [m2/GWh] |
| Multi-Si PV - caso 1 | 10,6 | 2,5 | 1800 | 30 | 438 |
| Multi-Si PV - caso 2 | 10,6 | 2,5 | 2400 | 30 | 329 |
| Multi-Si PV - caso 3 | 10,6 | 2,5 | 2400 | 60 | 164 |
| PV con 25º de inclinación | 9,5 | 2,1 | 1770 | 30 | 402 |
| PV con 1 tracker | 9,5 | 2,8 | 2050 | 30 | 463 |
| Concentrador PV - caso 1 | 20,2 | 3,5 | 2500 | 30 | 229 |
| Concentrador PV - caso 2 | 13,8 | 5 | 2200 | 30 | 549 |
| Sistema térmico con torre concentradora | 8,5 | 5 | 2700 | 30 | 552 |
| Sistema térmico con parábolas concentradoras | 10,7 | 3,4 | 2900 | 30 | 366 |
Para el caso de la generación eólica, el suelo utilizado depende de las turbinas y de la configuración. El suelo requerido para producir una unidad de GWh de electricidad, es mayor que en el caso solar. La Tabla 10 muestra los valores en distintos lugares del mundo. Los casos 1 y 2 de EEUU, representan configuraciones de dos filas de 25 turbinas cada una, con una distancia de 2.5 diámetros de rotación entre ellas (lado a lado), y 20 diámetros de rotación entre las filas. El caso 1 toma como base viento clase 4 (5.8 m/s a 10 m), y el caso 2 toma como base viento clase 6 (6.7 m/s a 10 m). Dependiendo de la disponibilidad de los recursos, las turbinas eólicas usan entre un 1% y un 10% del área del parque. El resto del lugar se puede usar para criar animales, agricultura, o para recreación. La transformación indirecta de suelo se basa en estudios de parques eólicos, costa adentro, en Dinamarca
Tabla 10 - Transformación del suelo de distintos parques eólicos.
| Ubicación | Factor de capacidad | Área [104 m2/MW] | Transformación de suelo [m2/GWh] |
| EEUU - caso 1 | 0,26 | 19 | 2780 |
| EEUU - caso 2 | 0,36 | 19 | 2040 |
| California, EEUU | 0,24 | 6,5 | 1030 |
| Taendpibe, Dinamarca | 0,2 | 17 | 3230 |
| Velling Maersk-Taendpibe, Dinamarca | 0,2 | 12 | 2280 |
| Fehmarn, Alemania | 0,2 | 11 | 2090 |
En el caso hidroeléctrico, el suelo requerido para generar electricidad varía con las condiciones del lugar en que está situada la central. Existen represas en zonas donde la geografía es muy plana y por ello deben ser de gran longitud y tamaño, mientras que en otras partes, la represa se encuentra en un entorno montañoso de gran altura, por lo que requieren de menos suelo. Si se considera el agua embalsada, entonces se requieren enormes superficies de tierra. En las centrales de pasada se utiliza un área mucho más reducido, puesto que no necesitan embalsar volúmenes de agua. La Tabla 11 muestra estimaciones para hidroeléctricas en Norteamérica
Tabla 11 -Transformación del suelo en centrales hidráulicas.
| Ubicación y tipo | Capacidad [MW] | Área [104 m2] | Electricidad generada durante ciclo de vida [GWh] | Ciclo de vida [años] | Transformación del suelo [m2/GWh] |
| EEUU (Lake Powell, Colorado), embalse genérico | 1296 | 65313 | 277500 | 50 | 2350 |
| EEUU, embalse genérico | 114 | 75000 | 30000 | 30 | 25000 |
| Canadá, embalse | n.a. | n.a. | n.a. | 30 | 3700 |
| Canadá, central de pasada | n.a. | n.a. | n.a. | 30 | 3 |
Por lo general, la biomasa se convierte en etanol para la combustión. Hay alternativas de generación de electricidad a partir de biomasa leñosa. La Tabla 12 muestra el uso directo de tierra para producir etanol y electricidad a partir de los ciclos de biomasa. El suelo utilizado para la biomasa depende de la tasa de crecimiento de ésta, la cual varía según el terreno, clima y especie vegetal. Las plantaciones forestales para la producción de electricidad requieren de mayor superficie que las plantaciones utilizadas para alimentación como ya se presentaba antes en este informe. Es menos eficiente generar electricidad a partir de biomasa que obtener etanol a partir de la misma. Una central puede convertir entre el 23% y 37% de la energía contenida por la biomasa en electricidad, mientras que el etanol contiene entre el 53% y 56% de la energía almacenada por la biomasa. El uso indirecto de suelo es despreciable frente al uso directo de suelo.
Tabla 12 - Transformación del suelo en el caso de energía por biomasa.
| Tipo de energía | Biomasa | Producción [ton / 104 m2/año] | Transformación del suelo [m2/GJ] |
| Etanol y biodiesel | Maíz y soya | 5,2 | 199 |
| Etanol | Maíz | 7,8 | 121 |
| Etanol | Maíz y sus desechos | 11,6 | 87 |
| Etanol | Maíz y sus desechos | 13,8 | 74 |
| Etanol | Maíz | 7,5 | 154 |
| Etanol | Maíz | 7,5 | 150 |
| Etanol | Maíz | 8,8 | 125 |
| Etanol | Maíz | 7,7 | 142 |
| Etanol | Maíz | 8,7 | 133 |
| Electricidad | Sauce, gasificación a alta presión | 15 | 104 |
| Electricidad | Sauce, gasificación a baja presión | 15 | 101 |
| Electricidad | Sauce, combustión directa | 15 | 136 |
| Electricidad | Álamo híbrido | 13,4 | 114 |
| Electricidad | Gasificación | 11,2 | 126 |
| Electricidad | Combustión directa | 11,2 | 193 |
| Electricidad | Cogeneración | 9,4 | 175 |
Utilización de agua.
Estimar el agua que se utiliza en el ciclo de vida de una central, es sumamente difícil. Existe agua que se consume, pero también agua que es regresada a la circulación (es devuelta afuera de la planta a donde estaba). Los estudios apuntan al agua consumida, ya que representan el mayor impacto
Tabla 13 - Consumo de agua según tipo de generación eléctrica.
| Tipo | kg de agua / kWh |
| Fotovoltaicas | 10 |
| Eólicas | 1 |
| Hidráulicas | 36 |
| Geotérmicas | 12-300 |
| Carbón | 78 |
| Gas | 78 |
El almacenaje de la represa es fundamental en las grandes centrales hidroeléctricas. Estas reservas contienen un enorme volumen de agua, en la que también se presentan pérdidas por evaporación, cuya magnitud depende de la superficie del agua embalsada y de las temperaturas del lugar. Cabe notar, que esta agua evaporada eventualmente lo haría también en el caso de un río o de un lago
Las plantas geotérmicas consumen una gran cantidad de agua para refrigeración, como ya se hacía notar antes en este documento. El consumo de agua depende del nivel de reinyección del agua de desecho, el agua que recircula para refrigeración, control de presión y de los ciclos cerrados de agua. Las plantas geotérmicas desechan más agua que las plantas térmicas, llegando a los 300 kg/kWh
También se consume agua para la producción de módulos fotovoltaicos y de turbinas eólicas. Durante la operación y mantención de ellas, se consume una ínfima cantidad de agua. La energía del viento tiene el nivel más bajo de consumo de agua, seguida por la energía fotovoltaica
Análisis cuantitativo de los impactos asociados a la Energía Solar
Es posible realizar una cuantificación de algunos impactos positivos asociados a la energía solar. En la Tabla 14 - Impactos positivos cuantificados asociados a diferentes alternativas para la generación de energía solar se presenta algunos resultados expuesto por
Tabla 14 - Impactos positivos cuantificados asociados a diferentes alternativas para la generación de energía solar
| Indicador | Central termo solar | Generación termo solar distribuida | Central fotovoltaica | Generación fotovoltaica distribuida | Electricidad termo solar |
| Cantidad no emitida de CO2 | 1,4 kg/kWh o 840 kg/m2a | 1,4 kg/kWh o 840 kg/m2a | 0,6 – 1,0 kg/kWh | 0,6 – 1,0 kg/kWh | Anualmente 688 t/MW cuando se compara con un ciclo combinado. 1,360 t/MW cuando se compara con una central carbonera |
| Producción de empleos | 4000 trabajos/a | 4000 trabajos/a | 2-3000 trabajos/a | 2-3000 trabajos/a | 1 trabajo/MW permanente para operación + 10-15 trabajos/MW para 12-18 meses de construcción |
| Empleabilidad total | 12000 trabajos/a | 12000 trabajos/a | 4-5000 trabajos/a | 4-5000 trabajos/a | 1000 trabajos permanentes por 1000 MW |
Análisis cuantitativo de impactos asociados a la Energía Geotérmica
Algunos de los efectos expuestos anteriormente pueden ser cuantificados, de manera de contrastar la información cualitativa obtenida con información cuantitativa.
En cuanto a las emisiones de gases contaminantes se refiere, los diferentes tipos de sistemas hidrotérmicos de origen geotérmico, en comparación con los sistemas convencionales, poseen un grado considerablemente menor de emisiones. Dichos índices pueden observarse en la Tabla 15
Lo anterior puede complementarse con lo observado en la Figura 17 - Emisiones de gases de invernadero en equivalentes de CO2 para centrales de generación se muestra que si bien la energía geotérmica no es la menos impactante en términos de gases invernadero, su impacto promedio se encuentra muy debajo de las tecnologías convencionales imperantes en la actualidad
Tabla 15 - Emisiones gaseosas para varios tipos de plantas
| Tipo de planta | CO2 kg/MWh | SO2 kg/MWh | NOx kg/MWh | PM kg/MWh |
| Carbón | 994 | 4,71 | 1,955 | 1,012 |
| Petróleo | 758 | 5,44 | 1,814 | N.A. |
| Gas | 550 | 0,0988 | 1,343 | 0,0635 |
| Hidrotérmico Flash steam dominante | 27,2 | 0,1588 | 0 | 0 |
| Hidrotérmico campo Geyser steam | 40,3 | 0,000098 | 0,00458 | Despreciable |
| Hidrotérmico closed loop binary | 0 | 0 | 0 | Despreciable |
| Promedio USA | 631,6 | 2,734 | 1,343 | N.A. |
Figura 17 - Emisiones de gases de invernadero en equivalentes de CO2 para centrales de generación
Por otra parte, las descargas térmicas hacia recursos hídricos circundantes pueden encontrar sus rangos de temperatura por sobre los 203° C
En términos de contaminación acústica, es posible observar los rangos muestreados para una central geotérmica y la comparación realizada con algunos casos importantes. Esta información se observa en la Tabla 16
Tabla 16 - Comparación acústica para central geotérmica
| Fuente/Actividad | Nivel indicativo de ruido (dB(A)) |
| Umbral de dolor | 140 |
| Avión jet a 250 | 105 |
| Fase de perforación y excavación | 80 – 115 |
| Ruido urbano congestionado | 70-85 |
| Operación normal a 900 m | 71 – 83 |
En términos de requerimientos de suelos, es posible comparar diferentes alternativas de generación de energía con la geotérmica, tal como lo muestra la Tabla 17. Se observa como la alternativa geotérmica supera en eficiencia a la alternativa convencional y se aleja considerablemente de la alternativa solar, ya sea esta térmica o fotovoltaica
Tabla 17 - Uso de suelo para diferentes alternativas de generación
| Tecnología | Uso de tierra m2/MW | Uso de tierra m2/GWh |
| Planta geotérmica tipo flash 110 MW (excluyendo fuentes) | 1.260 | 160 |
| Planta geotérmica tipo binary 20 mW (excluyendo fuentes) | 1.415 | 170 |
| Planta geotérmica tipo FC- RC 49 MW | 2.290 | 290 |
| Planta geotérmica tipo flash 56 MW (incluyendo fuentes) | 7.460 | 900 |
| Planta de carbón 2,258 MW | 40.000 | 5.700 |
| Planta nuclear 670 MW | 10.000 | 1.200 |
| Planta solar térmica (avg) | 28.000 | 3.200 |
| Planta fotovoltaica solar 10 MW (avg) | 66.000 | 7.500 |
Análisis cuantitativo de los impactos asociados a la Energía de Biomasa.
Se establecerá, en la medida que sea posible, un análisis cuantitativo de los impactos mencionados con anterioridad.
§ Impactos sobre el uso del suelo
Tal como se mencionó anteriormente, existe un dilema entre el uso del suelo con fines de generación para biomasa o producción agrícola, estableciéndose una competencia de uso por el mismo recurso suelo. Esta competencia se ilustra al comparar el suelo cultivado necesario para alimentar una persona con aquél requerido para el combustible de un automóvil por un año. Si tomamos un automóvil que viaja 16.000 km al año y consume 6,2 km/l, entonces necesita 2581 litros de gasolina en el año. Si en vez de ello se usa etanol, entonces el equivalente en Kcal sería 3875 litros. Asumiendo un proceso de fermentación y destilación sin cargado de energía (no se utiliza un combustible de alto grado), entonces 4,2 ha de tierra se requieren para proveer esta cantidad de combustible. En contraste, cerca de 0,5 ha de tierras de cultivo se emplean para alimentar una persona. Así, ocho veces más de tierra son necesarias para alimentar un automóvil que una persona. Esto hace dudar la efectividad de producción de energía con biomasa y los beneficios reales que dicha actividad tendría asociado
Sin embargo, el aporte de etanol al consumo actual de combustible puede ser considerado sólo en una parte de dicho consumo total. Si asumimos que, un tercio de las necesidades de combustible son suplidas con etanol, aproximadamente es necesario 0,6 ha, lo cual equivale aproximadamente a lo que actualmente se necesita para alimentar a un norteamericano
§ Impactos asociados a la remoción y pérdida de nutrientes en los suelos.
Pérdidas de nutrientes significativas pueden ocurrir, al cosechar los residuos del cultivo utilizado para energía por biomasa. En una plantación de maíz con 7840 kg/ha, los nutrientes contenidos en el grano y en los residuos son 224 kg de nitrógeno, 37 kg de fósforo, 140 kg de potasio y 6 kg de calcio; caso la mitad de estos nutrientes está en los residuos. Así, tanto el nitrógeno como los demás nutrientes deben ser reemplazados para los cultivos siguientes. La cantidad de energía necesitada para reemplazar esta pérdida de nutrientes sería equivalente a 460 litros de petróleo por hectárea
§ Impactos asociados al recurso aire
Al generar energía eléctrica por intermedio del uso de mecanismos a base de gas se reduce aproximadamente (sin uso de diesel), en comparación a sistemas diesel, se genera una reducción en las emisiones de CO2 de aproximadamente 0,4 kg/kWh. El abatimiento potencial total de carbon asociado a la generación de energía vía biomasa está estimado en at 89 MT C a un factor de capacidad de 45%
En el caso de operar con gasificadores en modo dual, las mediciones de NOx serian un 20% de los 1,4 g/MJ estimados. La composición del gas es aproximadamente CO ¼ 1–2%, HC ~ 30 ppm, humo ~ 40 HSU, NOx <>
20 mg /m3
Es posible estimar que la utilización de biogás puede evitar aproximadamente 15.8 MT de carbono emitido anualmente
§ Impactos sobre el recurso suelo y agua
Los efectos de la fertilización de las plantaciones asociadas a la biomasa han sido investigados en alto detalle, debido a que no solo reducen la necesidad de la utilización de compuestos químicos para su fertilización, sino que posee una alta capacidad de absorción de nitrógeno, por lo que se piensa pueden ser útiles para remover nitratos de las tierras yermas. Se ha establecido que para la planta SRC willow dicha absorción se da en los dos primeros años y esta puede alcanzar valores entre 90 y 127 kgNha-1 year -1 . Otro producto predilecto para la producción de biomasa es el Miscanthus, el cual ha mostrado un comportamiento similar al SRC willow
§ Impactos sobre la vida silvestre.
En un tratamiento cuidadoso de plantaciones orientadas al a producción de biomasa se han observado algunos resultados positivos asociados a la biodiversidad de dicha zona. Las plantaciones de los principales arbustos usados para la generación de biomasa, pareciera mostrar mayor número de especies vegetales dentro la zona de cultivo, en comparación a las plantaciones agrícolas convencionales, que muestran sólo 97 especies diferentes. Así mismo, pareciera observarse un efecto positivo sobre las aves en dichas plantaciones, observándose un incremento en la diversidad de pájaros, observándose una densidad mayor de presencia de pájaros en las plantaciones de biomasa (3,1 pájaros /ha vs los 0,8 pájaros vs /ha)
