¿Cómo funcionan las fuentes de energía alternativas?

Al igual que otras naciones desarrolladas, los Estados Unidos dependen en gran medida de los combustibles fósiles. Según el Departamento de Energía de EE. UU., Menos del 10 por ciento del suministro de energía del país proviene de fuentes renovables (ver Referencias 1). El suministro de combustibles fósiles es limitado, y quemarlos genera emisiones de gases de efecto invernadero, por lo que reemplazar el carbón y el petróleo con energía alternativa es una prioridad (ver Referencias 2). Las fuentes de energía alternativas pueden ser utilizadas en pequeña escala por propietarios de viviendas individuales y empresas, especialmente en los casos de energía solar o eólica. También pueden ser operaciones a gran escala conectadas a la red eléctrica existente de un municipio, en cuyo caso complementan o reemplazan las centrales eléctricas convencionales.

Energía solar

La energía solar fotovoltaica convierte la luz solar directamente en corriente eléctrica. Las células que componen los paneles solares están compuestas de materiales semiconductores que se intercalan y se tratan especialmente, de modo que una capa tiene un exceso de electrones, mientras que la otra tiene un exceso de "agujeros" que los electrones pueden ocupar. Cuando la luz solar golpea una célula solar, los electrones comienzan a migrar de una capa a la otra, creando una corriente eléctrica que fluye a través de un cable conectado a la célula solar. Esta energía puede almacenarse en paquetes de baterías, dirigirse a generadores o alimentarse a la red eléctrica. Los hogares y negocios individuales pueden ser alimentados por unos pocos paneles solares: las matrices más grandes, como las del Desierto de Mojave, pueden funcionar como servicios de energía autónomos. (Consulte las referencias 3 y 4) La energía solar térmica utiliza la luz solar para calentar fluidos, como las sales fundidas; estos fluidos transportan calor a un intercambiador, que convierte el agua en vapor. El vapor impulsa una turbina de generador para generar electricidad. El generador está conectado a la red, que puede transmitir la electricidad a los usuarios de las ciudades cercanas. Típicamente, este tipo de plantas usa una serie de espejos para enfocar la luz solar en una "torre de energía" o estructura similar, donde las sales fundidas absorberán mejor los rayos del sol. (Ver Referencias 2)

Biocombustibles

Las plantas --- y algunas algas y bacterias --- ya tienen un sistema altamente eficiente para almacenar energía solar. A través del complejo proceso de la fotosíntesis, utilizan la luz solar para sintetizar compuestos orgánicos a partir del dióxido de carbono y el agua. Al quemar biomasa -material orgánico, como materia vegetal o desperdicios de animales- o los combustibles líquidos derivados de ella, parte de la energía solar almacenada puede extraerse y usarse para alimentar negocios, hogares y automóviles. (Ver Referencias 2 y 5) Los tipos más comunes de biocombustibles actualmente en uso son el etanol y el biodiesel. El etanol es un alcohol Normalmente se produce mediante el uso de levadura para fermentar azúcares de la biomasa, como el maíz o la caña de azúcar. Las células de levadura liberan etanol como un subproducto de su metabolismo, y el etanol puede destilarse para hacerlo más concentrado. El biodiesel, otro biocombustible común, se elabora combinando grasas, como los aceites vegetales, con alcoholes, como el metanol, en presencia de un catalizador. Algunos investigadores están trabajando en la producción de biocombustibles a partir de algas y bacterias modificadas genéticamente, ya que tendrán menores impactos que el etanol o el biodiesel, y ambos requieren una gran cantidad de tierras de cultivo para producir. (Ver Referencias 2 y 5)

Energía hidroeléctrica y mareomotriz

Impulsados ​​por la gravedad, los arroyos y los ríos descienden hacia el mar. Los humanos pueden aprovechar este proceso natural al bloquear los ríos con grandes represas de concreto. El agua se acumula detrás de la presa y se alimenta en una toma: la entrada conduce a un conducto que conduce el agua a través de la presa hacia el otro lado. En su camino a través del conducto, el agua gira una turbina similar a una hélice conectada a un generador. La corriente del generador eléctrico se alimenta a la red eléctrica. (Ver Referencias 6) El poder de las mareas también depende de la gravedad, pero la influencia gravitatoria en este caso es la del sol y la luna, que causan las mareas. Algunos diseños usan un dique o presa para atrapar agua durante la marea alta. Con la marea baja, el agua se libera a través de turbinas al igual que en una presa hidroeléctrica, generando electricidad. La instalación de mareas más antigua del mundo en La Rance, Francia, utiliza este diseño. Otros esquemas utilizan turbinas de marea que se parecen mucho a los molinos de viento. Las corrientes de marea hacen girar estas turbinas submarinas, que están conectadas a los generadores, al encender los generadores, producen electricidad. (Ver Recursos 2)

Energía eólica

Las turbinas de viento aprovechan las corrientes de viento: a medida que las masas de aire en movimiento golpean las palas de la turbina, las paletas giran. Las palas de la turbina están conectadas a un eje, y cuando el eje gira, hace girar un generador que produce corriente eléctrica. Una turbina eólica es lo opuesto a un ventilador: un ventilador utiliza electricidad para hacer girar un motor y mover el aire, mientras que una turbina eólica utiliza aire en movimiento para hacer girar un generador y producir electricidad. El tipo más común de turbina eólica tiene un eje horizontal y parece una hélice gigante, aunque algunas turbinas tienen un eje vertical y se parecen un poco a los batidores de huevos. Las pequeñas turbinas eólicas proporcionan hasta 100 kilovatios, suficientes para mantener hogares o almacenar energía mediante la recarga de baterías, que a veces se utilizan en ubicaciones remotas fuera de la red. Las turbinas más grandes proporcionan hasta varios megavatios y generalmente se agrupan en grandes parques eólicos, que suministran electricidad directamente a la red. (Ver Recursos 1)

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