La energía es una propiedad de los sistemas materiales que les permite experimentar y producir cambios. Hay varios tipos de energía: química, eléctrica, nuclear, térmica… Sin embargo, cualquier forma que presente la energía puede incluirse en una de estas dos clases o una combinación de ambas: - Energía cinética; o asociada al

movimiento- Energía potencial; o asociada a la

posición. La energía adopta diversas formas y puede transformarse de unas en otras.

Energía cinética

Energía potencial

El principio de conservación de la energía dice que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Por lo tanto, la energía total del universo de mantiene constante.

La degradación de la energía es la pérdida de energía útil: la energía se conserva en los cambios, pero tiende a transformarse en energía térmica, que es una forma de energía menos

aprovechable.

Las fuentes de energía no renovables son aquellas que se encuentran en la naturaleza en cantidades limitadas, las cuales, una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse, ya que no existe sistema de producción o extracción económicamente viable.

Hay dos tipos de energía no renovable: los combustibles fósiles y los combustibles nucleares. Tienen ventajas tales como la facilidad de extracción , la gran disponibilidad temporal , la producción de energía abundante; pero también tienen inconvenientes como la emisión de gases contaminantes en la atmósfera que resultan tóxicos para la vida., o bien, como es en el caso de la energía nuclear, pueden ocurrir catástrofes ambientales graves en caso de accidente o la generación de residuos radiactivos potencialmente nocivos durante miles de años.

El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil. Existen diferentes tipos de carbones minerales en función del grado de carbonificación que haya experimentado la materia vegetal que originó el carbón.

Las reservas de carbón se encuentran muy repartidas, con 70 países con yacimientos aprovechables. Al ritmo actual de consumo se calcula que existen reservas seguras para 133 años. El hombre extrae carbón desde la Edad Media. En los yacimientos poco profundos la explotación es a cielo abierto. Sin embargo, por lo general las explotaciones de carbón se hacen con minería subterránea ya que la mayoría de las capas se encuentran a cientos de metros de profundidad.

El carbón suministra el 25% de la energía primaria consumida en el mundo, solo por detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica, con 40% de la producción mundial, según datos extraídos en el 2006.

El petróleo es una mezcla homogénea de compuestos orgánicos , principalmente hidrocarburos insolubles en agua. Es de origen fósil, fruto de la transformación de materia orgánica procedente de zooplancton y algas que, depositados en grandes cantidades en fondos anóxicos de mares o zonas lacustres del pasado geológico , fueron posteriormente enterrados bajo capas de sedimentos. En condiciones normales es un líquido bituminoso que puede presentar gran variación en diversos parámetros como color y viscosidad. Es un recurso natural no renovable y actualmente también es la principal fuente de energía de los países desarrollados. El petróleo líquido puede presentarse asociado a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.Durante el año 2004, el consumo mundial de petróleo se elevó un 3,4% y alcanzó los 82,4 millones de barriles al día. Los responsables de este aumento son Estados Unidos y China.

El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varia en función del yacimiento del que se saca, está principalmente compuesto por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95%, y suelen contener otros gases como nitrógeno, ácido sulfhídrico, helio y mercaptanos. Para su uso doméstico, al igual que al butano, se le añaden trazas de compuestos de la familia de los mercaptano entre ellos el metil-mercaptano , para que sea fácil detener una fuga de gas y evitar su ignición espontánea.

La energía nuclear es la energía que se libera de forma espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Existen varias disciplinas o técnicas que usan de base la energía nuclear y van desde la generación de electricidad en las centrales nucleares hasta las técnicas de análisis de datación arqueológica. Los sistemas más investigados y trabajados para la obtención de energía aprovechable a partir de la energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la fusión nuclear. La energía nuclear puede transformarse de forma descontrolada , dando lugar al armamento nuclear; o controlada en reactores nucleares en los que se produce energía eléctrica, energía mecánica o energía térmica. Tanto los materiales usados como el diseño de las instalaciones son completamente diferentes en cada caso. La principal característica de este tipo de energía es su alta calidad que puede producirse por unidad de masa de material utilizado en comparación con cualquier otro tipo de energía producida por el ser humano, pero sorprende la poca eficiencia del proceso, ya que se desaprovecha entre un 86 y 92% de la energía que se libera.

Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables , ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Entre las energía renovables se encuentran la eólica, la geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, undimotriz, la biomasa y los biocombustibles. La primera ventaja de una cierta cantidad de fuentes de energía renovables es que no producen gases de efecto invernadero ni otras emisiones, contrariamente a lo que ocurre con los combustibles , sean fósiles o renovables. No obstante, algunos sistemas de energía renovable generan problemas ecológicos particulares. Alrededor de un 80% de las necesidades de energía en las sociedades industriales occidentales se centran en torno a la industria, la calefacción, la climatización de los edificios y el transporte (coches, trenes, aviones). Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones a gran escala de la energía renovable se concentra en la producción de electricidad.

La bioenergía o biomasa es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente, de las sustancias que constituyen los seres vivos o sus restos y residuos. No se considera como energía de la biomasa , aunque podría incluirse en un sentido amplio, la energía contenida en los alimentos suministrados a animales y personas, la cual es convertida en energía en estos organismos en un porcentaje elevado , en el proceso de respiración celular.

Se distinguen varios tipos de biomasa , según la procedencia de las sustancias empleadas, como la biomasa vegetal , relacionada con las plantas en general, y la biomasa animal, obtenida a partir de sustancias de origen animal.

El Sol es una estrella pero además una importante fuente de energía. La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.

Actualmente, y gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales es un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red.

Se denomina energía hidráulica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente del agua , saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable.

Se puede transformar a muy diferentes escalas, existen desde hace siglos pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río mueve un rotor de palas y genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas de presas , aunque estas últimas no son consideradas formas de energía verde por el alto impacto ambiental que producen. La gran ventaja de la energía hidráulica es la eliminación parcial de los costes de combustible. El coste de operar una planta hidráulica es casi inmune a la volatilidad de los combustibles fósiles como la gasolina, el carbón o el gas natural. Además, no hay necesidad de importar combustibles de otros países.

La energía eólica es la energía obtenida del viento , es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire , y que es transmutada en otras formas útiles para las actividades humanas.

En la actualidad la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento. Existen diferentes tipos de aerogeneradores , dependiendo de su potencia, la disposición de su eje de rotación, etc. La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles , lo que la convierte en un tipo de energía verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento.

La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, mediante su empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más segura y aprovechable. Es un tipo de energía renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia ya que la transformación en energía no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Otras formas de obtener energía del mar son: las olas (energía undimotriz), de la diferencia de temperatura entre las superficie y las aguas profundas del océano , el gradiente térmico oceánico,; de la salinidad, de las corrientes marinas o la energía eólica marina. En España, el Gobierno de Cantabria y el Instituto para la Diversificación y Ahorro Energético quieren crear un centro I+D+i en la costa de Santoña. La planta podría atender al consumo doméstico anual de unos 2500 hogares.

Se entiende por contaminación atmosférica a la presencia en la atmósfera de sustancias en una cantidad que implique molestias o riesgo para la salud de las personas y los demás seres vivos , vienen de cualquier naturaleza, así como que puedan atacar a distintos materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables. Los principales mecanismos de contaminación atmosférica son los procesos industriales que implican combustión, tanto en industrias como en automóviles y calefacciones residenciales que generan dióxido y monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre, entre otros contaminantes.La contaminación atmosférica puede tener un carácter local, cuando los efectos ligados al foco se sufren en las inmediaciones del mismo, o planetario, cuando por las características del contaminante , se ve afectado el equilibrio del planeta y zonas alejadas a las que contienen los focos emisores.

La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por fábricas , centrales eléctricas y vehículos que queman el carbón o productos derivados del petróleo. En interacción con el vapor de agua , estos gases forman ácido sulfúrico y ácidos nítricos. Finalmente, estas sustancias químicas caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia ácida.

Los contaminantes atmosféricos primarios que dan origen a la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias, siendo trasladados por los vientos cientos o miles de kilómetros antes de precipitar en forma de rocío, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla.. Cuando la precipitación se produce puede originar grandes deterioros en el ambiente. Entre las medidas que se pueden tomar para reducir la emisión de los contaminantes precursores de este problema tenemos los siguientes: reducir el nivel máximo de azufre en los combustibles, trabajar en conjunto con las fuentes fijas de la industria para establecer disminuciones en la emisión de SOx y NOx, usando tecnologías para control de emisión de estos óxidos, impulsar el uso del gas natural en diversas industrias, introducir el convertidor catalítico de tres vías, la conversión a gas en vehículos de empresas mercantiles del gobierno y no agregar muchas sustancias químicas en los cultivos entre otras.

Se denomina efecto invernadero al fenómeno por el cual determinados gases , que son componentes de la atmósfera planetaria, retienen parte de la energía que la superficie planetaria emite por haber sido calentada por la radiación estelar. Afecta a todos los cuerpos rocosos dotados de atmósfera. Este fenómeno evita que la energía recibida constantemente vuelva inmediatamente al espacio, produciendo a escala planetaria un efecto similar al observado en un invernadero. En el Sistema Solar, los planetas que presentan efecto invernadero son Venus, la Tierra y Marte.

En la atmósfera el mantenimiento del equilibrio entre la recepción de la radiación solar y la emisión de radiación infrarroja devuelve al espacio la misma energía que recibe del Sol. Esta acción de equilibrio se llama balance energético de la Tierra y permite mantener la temperatura en un estrecho margen que posibilita la vida.

La capa de ozono es la zona de la estratosfera terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. El seguimiento observacional de la capa de ozono, llevado a cabo en los últimos años, ha llegado a la conclusión de que dicha capa puede considerarse seriamente amenazada. El grave desgaste de la capa de ozono provocará el aumento de los casos de melanomas de piel, de cataratas oculares, supresión del sistema inmunitario en humanos y en otras especies. También afectará a los cultivos sensibles a radiaciones ultravioletas. Para preservar la capa de ozono hay que disminuir a cero el uso de compuestos químicos como los clorofluorocarburatos y fungicidas de suelo.

El actual modelo de desarrollo económico, basado en el uso de los combustibles fósiles y de la energía nuclear, ha tenido efectos ambientales negativos. Entre ellos, ya se han destacado la contaminación atmosférica, la lluvia ácida, el efecto invernadero y el almacenamiento de residuos radiactivos de larga duración. La contaminación de la atmósfera, del agua y del suelo no tienen fronteras. Por ellos, el uso generalizado de la energía debe compatibilizarse con hábitos de consumo que reduzcan el impacto ambiental: el reciclado de los residuos, el ahorro energético y el aprovechamiento de fuentes de energía menos contaminantes.La utilización de la energía debe respetar el medio ambiente.

Un equilibrio entre el desarrollo económico y el mantenimiento del medioambiente exige: - Sostenibilidad ambiental:

Los recursos naturales no pueden extraerse a un ritmo mayor al de su reposición natural.

- Sostenibilidad social: La organización de la sociedad debe respetar al medioambiente y asegurar una distribución equilibrada de los recursos energéticos.

- Sostenibilidad económica: Las actuaciones humanas sobre el entorno deben ser económicamente rentables y viables.

La sostenibilidad consiste en satisfacer las necesidades de la actual generación sin sacrificar la capacidad de futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades. La sostenibilidad debe abordarse desde una perspectiva global. Aunque el desarrollo económico y la disponibilidad de energía son muy diferentes de unos países a otros, la contaminación y el agotamiento de los recursos inciden en todos los países. Un desarrollo sostenible solo es posible con la colaboración de todos.

Las medidas propuestas para avanzar hacia un desarrollo sostenible son:- Ahorro energético: El uso

racional de energía supone no gastar energía en actividades innecesarias y utilizar la mínima cantidad posible de energía en todas las actividades.

- Diversificación de las fuentes energéticas: Para obtener la energía primaria de distintas fuentes.

- Impulso de energías renovables: que favorecen el desarrollo tecnológico.

- Desarrollo de energías autóctonas: propias del país.

La ciencia contribuye al desarrollo sostenible de varias formas: con el desarrollo de nuevas energías, la mejora de las tecnologías de producción de la energía, el desarrollo de métodos de ahorro y eficiencia energéticos y la disminución del impacto ambiental. Por ejemplo el coche eléctrico es una contribución de la ciencia y la técnica al desarrollo sostenible.