Tema 10

TEMA 10
LAS ENERGÍAS

CIC JULIO SÁNCHEZ

1.- INTRODUCCIÓN
Energía es la capacidad de producir trabajo
Los recursos energéticos
que utilizamos tienen su
origen en la fuerza de la
gravedad y en las
reacciones nucleares
Las reacciones nucleares
del Sol emiten energía
hacia el espacio,
principalmente en forma
de ondas ultravioleta e
infrarroja.
La Tierra recibe esa energía y la transforma. Una parte de esa
energía calienta de forma desigual la atmósfera y produce la
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energía eólica.

Otra parte de la energía se utiliza para evaporar el agua
de océanos y continentes iniciando el ciclo hidrológico,
cuando el agua vuelve hacia el mar por efecto de la fuerza
de gravedad puede ser utilizada como energía hidráulica.
Las plantas verdes aprovechan la energía solar
almacenándola en forma de energía química. Podemos
liberar esa energía al quemar restos vegetales o
combustibles fósiles.
El calor interno de la Tierra, de origen gravitacional y
radioactivo, sirve como fuente de energía geotérmica .
La energía solar puede ser convertida directamente en
electricidad, a través de las células solares . Y el efecto
de la atracción del Sol y la luna sobre las aguas puede ser
utilizado para obtener energía aprovechando las mareas.
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Se denomina energía primaria a la energía utilizada tal
como se obtiene en la naturaleza. En la mayoría de los
casos se convierte en otras formas de energía para su uso
y transporte. A las formas de energía que son utilizables
para el consumo se denominan energías finales o
secundarias
Se consideran energías no renovables aquellos recursos
energéticos como los combustibles fósiles que no se
renuevan al mismo tiempo que se consumen..Energías
renovables son aquellas cuya tasa de renovación está
dentro de los límites del tiempo de vida humana
Energías convencionales son las más utilizadas, como las
derivadas del uso de los combustibles fósiles, energía
nuclear y la hidroeléctricaJULIO SÁNCHEZ
y las alternativas: el resto
CIC

2.- EL CARBÓN
El carbón es el combustible fósil más abundante. Se ha
formado en todos los continentes y en prácticamente todas
las épocas geológicas.
El carbón se forma por
acumulación de restos
vegetales en el fondo de
pantanos, lagunas o deltas, que
en ausencia de oxígeno
sufrieron un proceso de
fermentación debido a la
acción de ciertas bacterias
sobre la celulosa o la lignina.
Para que este proceso sea
posibles es necesario un rápido
enterramiento que evite la
CIC JULIO putrefacción de los restos
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vegetales.

Habitualmente, los estratos de carbón quedan enterrados
bajo otros arcillosos que impermeabilizan el terreno y que
posteriormente se transformarán en pizarra.
El valor del carbón está determinado por la cantidad de
energía que almacena; generalmente cuanto más carbono
contiene. El carbón se clasifica en: grafito(95-100% C) ,
antracita(90-95% C), hulla (75-90% C) , lignito(60-70% C),
y turba(45-60%C)
Dependiendo de la profundidad a la que se encuentran los
sedimentos de carbón se pueden realizar explotaciones a
cielo abierto o minas. Las primeras son más económicas ,
pero su impacto ambiental es mayor.
Las minas generan grandes escombreras(estériles) ,
producen grandes nubes de polvo y contaminación por
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lixiviados.

Tipos de
carbón

Turba

Lignito

Hulla o bitumen
Ca
nti
da
dd
ec
arb
on
o

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Antracita

La extracción de carbón origina grandes cambios
geomorfológicos (paisaje). Si la extracción es a cielo abierto:
Grandes agujeros abandonados
Escombreras
Nubes de polvo
Contaminación de aguas subterráneas y superficiales
Contaminación acústica (máquinas y voladuras)
En la actualidad , en los países desarrollados, las compañías
mineras están obligadas a dejar el paisaje restituido cuando
han terminado su trabajo, rellenando los agujeros y
reforestando la zona. También es muy importante controlar y
depurar el agua de lixivación, que va cargada de materiales muy
tóxicos, como metales pesados y productos químicos usados en
la minería, y es muy contaminante, por lo que debe ser
controlada cuidadosamente.
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Si la extracción es en minas subterráneas.
Tiene un mayor coste económico y social
Pilas de escombros de estériles
Enfermedades (silicosis)
Explosiones de grisú
Contaminación de aguas

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El principal uso del
carbón es su
combustión en las
centrales térmicas.
El calor obtenido
se utiliza para
obtener vapor de
agua que hará girar
unas turbinas, las cuales moverán unos alternadores que
transformarán la energía mecánica en eléctrica.
Debido al elevado contenido en azufre cuando se quema
expulsa SO2, que produce la llamada lluvia ácida.
Para minimizar este impacto se preprocesa el combustible,
machacándolo y lavándolo para eliminar la mayor cantidad de
azufre posible. Además se diseñan las centrales de modo que
se eliminen los compuestos sulfurados antes de emitir los
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gases de combustión

3.- YACIMIENTOS DE HIDROCARBUROS
Pueden ser de cuatro tipos: petróleo, gas, pizarras bituminosas
y arenas asfálticas
3.1 PETRÓLEO
Se originó por la muerte masiva del plancton
marino , debido a cambios bruscos de
temperatura o salinidad del agua, que al
sedimentar junto a cienos y arenas forman los
barros sapropélicos.
En éstos , ambos componentes sufren una
transformación: la materia orgánica se
convierte en hidrocarburos por un proceso de
fermentación y los cienos y arenas se
transforman en rocas sedimentarias( roca
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madre) .

Para la formación de un yacimiento de petróleo son
necesarias tres condiciones:
• una roca madre (descomponer la materia orgánica)
• Una roca almacén (emigrar el petróleo)
• Una trampa ( estructura impermeable que impide el
ascenso del petróleo)
.
Cuando un sondeo perfora una trampa . el
petróleo y el gas natural se mueven desde
los poros de la roca almacén hasta el
agujero del sondeo y entonces pueden
aflorar a la superficie
Se distinguen varios tipos de petróleo dependiendo de
su densidad . La clasificación se basa en los denominados
grados API. Petróleos ligeros( > 30 º) , intermedios (22CIC JULIO SÁNCHEZ
30º ), y pesados (15-20º) El de mayor calidad es el de 37º

Su transporte se realiza a través de los conocidos
oleoductos, pero la forma más habitual y peligrosa son los
grandes petroleros.
El petróleo se extrae en forma de crudo, formado por una
mezcla de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos que no
tiene aplicación directa. Para su utilización ha de pasar por
una serie de procesos de refinado , conocidos con el
nombre de destilación fraccionada
, en los que se va
elevando
progresivamente la
temperatura para
separar las distintas
fracciones de menor a
mayor punto de
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ebullición

Primero se separan los productos gaseosos (metano, etano,
butano..) , a continuación los productos líquidos (gasolina,
nafta, queroseno, etc..), quedando finalmente depositados los
sólidos (alquitranes, betunes) los hidrocarburos así obtenidos
aún no son aptos para el consumo, por lo que sufrirán todavía
algunos tratamientos.
Entre los principales usos del petróleo
podríamos citar los gases licuados
(calefacciones y calderas) , gasolinas
( automóviles) nafta y queroseno
(industrias químicas y aviones), gasóleos
( vehículos diesel y calefacciones) , fuel
(centrales térmicas)
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Los principales riesgos asociados al petróleo son
1.- generados en el transporte por petroleros con formación
de las conocidas como mareas negras
2.- Provocados por la combustión, que incrementan la
polución y desprenden grandes cantidades de CO 2 a la
atmósfera
3.- Gran dependencia de muchos
países, incluida España, para su
utilización en el transporte y su
dificultad en sustituirlo por otros
combustibles alternativos, lo que
provoca desigualdades entre los
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distintos países

3.2 GAS NATURAL
Procede de la fermentación de la materia orgánica
acumulada entre los sedimentos.
Está compuesto por una mezcla de hidrógeno, metano,
butano, propano y otros gases en proporciones variables.
Si sólo está formado por metano recibe el nombre de gas
seco , pero si posee cantidades superiores al 4,5% de
otros gases más pesados recibe el nombre de gas húmedo.

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Su extracción es muy sencilla, por lo que su explotación es
muy económica. Su transporte se realiza principalmente
mediante gaseoductos, que aunque requieren una fuerte
inversión , son muy sencillos y de bajo riesgos
Se utiliza directamente en los hogares ( calefacción
,cocinas..) , en las industrias y en las centrales térmicas
empiezan a sustituir al carbón que aunque también emite
CO2 ( un 65% menos) , no produce contaminantes
sulfurados, ni NO y es más eficiente
3.3 PIZARRAS BITUMINOSAS Y ARENAS
ASFÁLTICAS
Son rocas que a veces contienen hidrocarburos en forma
sólida o líquida. Para obtenerlos es necesario extraer las
rocas en minas y luego calentarlas para separar los
CIC JULIO Estos
hidrocarburos por destilación.SÁNCHEZ recursos no son

Fracking
Fracking es un término anglosajón para referirse a la técnica
de fracturación hidráulica para la extracción de gas no
convencional.
Consiste en la extracción de gas natural mediante la
fracturación de la roca madre (pizarras y esquistos). Para
extraer el gas atrapado en la roca se utiliza una técnica de
perforación mixta: en primer lugar se perfora hasta 5000
metros en vertical y después se perfora varios kilómetros en
horizontal (2 a 5). Entonces se inyecta agua con arena (98%)
y una serie de aditivos químicos (2%) a gran presión. Esto
hace que la roca se fracture y el gas se libera y asciende a la
superficie a través del pozo.

Entre los problemas que causa el fracking al entorno de las
explotaciones donde se emplea esta técnica podemos
destacar:
Contaminación de las aguas superficiales y subterráneas.
Contaminación del aire.
Afecciones a la salud humana.
Alteraciones del paisaje y el terreno.
Contaminación de suelos al cerrar los pozos.
Riesgo sísmico.

4.- ENERGIA NUCLEAR
Se obtiene cuando se convierte la masa en energía. Hay dos
procedimientos:
La fisión donde se rompen átomos de gran tamaño con
desprendimiento de energía y la fusión que es la unión de
pequeños átomos con desprendimiento de energía. Estos
últimos todavía están en proceso de investigación.
4.1 ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN
En la fisión nuclear se produce
energía bombardeando con
neutrones el núcleo de un
isótopo de uranio para
dividirlo produciendo isótopos
más ligeros y nuevos
neutrones.
Si este proceso se realizaJULIO forma controlada se
de SÁNCHEZ
CIC
produce una reacción en cadena que genera mucho calor.

En los reactores se utiliza agua , grafito o agua pesada
para regular el número de fisiones producidas, controlando
así la energía que se produce.
El calor producido en
los reactores es
utilizado para
evaporar agua y
generar electricidad
a través de una
turbina de vapor.
Existen diversos tipos de rectores que difieren en los
sistemas de control y de refrigeración
Uno de los factores que limita el uso de la energía
nuclear es la disponibilidad del uranio ya que sólo se puede
utilizar el isótopo U235 que representa sólo el 0,7% del
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uranio natural

La construcción de una central nuclear requiere unos
estudios previos que garanticen su seguridad y analicen los
posibles impactos en el medio ambiente
La generación de electricidad en una central nuclear no
produce contaminantes atmosféricos, auque sí mucho calor
que debe disiparse hacia el medio ambiente, generalmente
hacia los ríos o los mares afectando al microclima de la
zona e incrementando a temperatura de los ríos
Otro problema importante es la generación de residuos muy
radiactivos que siguen siendo tóxicos durante miles de
años. Es muy difícil encontrar un lugar seguro para estos
residuos y su almacenamiento supone la transmisión del
problema a generaciones futuras.

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4.2 ENERGIA NUCLEAR DE FUSION
La energía nuclear de fusión consiste en unir dos núcleos
atómicos ligeros para formar uno más pesado liberando
energía.
Para que esta reacción pueda ocurrir se necesitan
altísimas temperaturas en las que la materia se
encuentra en un cuarto estado de la materia llamado
plasma
No existe ningún material capaz de contener un plasma ,
por eso la única manera de almacenarlo es mediante
fortísimos campos magnéticos

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Los combustibles que se pueden utilizar son abundantes; el
deuterio que forma parte del agua de mares y de océanos y
el tritio que se podría producir a partir del litio.
Todavía está en fase de investigación

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5.- ENERGIA HIDROELECTRICA
Se basa en el movimiento de agua entre dos puntos
situados a distinto nivel. Estas centrales necesitan
embalses que retengan grandes cantidades de agua y
aumenten el desnivel para facilitar el paso del agua por las
turbinas que transforman la energía potencial en energía
eléctrica
Es de bajo coste y mínimo
mantenimiento, no emite
contaminación y regula el caudal de
los ríos
Inconvenientes: reduce la diversidad biológica, dificulta
la migración de peces, disminuye el caudal de los ríos,
modificación del nivel freático, y acelera la erosión
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Las grandes presas inundan áreas extensas , sus costes de
construcción son elevados y terminan rellenándose con el
fango transportado por los ríos , ya que el agua circula
bastante despacio en los embalses y deposita la carga de
materiales que lleva en suspensión. Una alternativa es
disponer varias minicentrales a lo largo del curso de los
ríos
Uno de los usos de la
energía hidráulica es
almacenar energía en
forma de energía
potencial; cuando hay
un aumento de
demanda se puede
producir energía
dejando pasar el agua
de un embalse a otro.

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6.- ENERGIA EOLICA
Muy utilizada en el pasado ( molinos de viento).
Actualmente utiliza aerogeneradores para
su conversión en energía eléctrica mediante
el acoplamiento de una dinamo
Ventajas: La materia prima no se agota y es gratuita; no
tiene efectos contaminantes, su construcción no es costosa
, y su coste de manipulación y mantenimiento es bajo

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Inconvenientes: Peligrosa para las aves, contaminación
acústica, , rendimiento escaso ( comparado con la térmica
por ejemplo), alteraciones del paisaje, interferencias en
las comunicaciones, es una fuente intermitente y deben
incorporarse sistemas de acumulación de energía.
España es uno de los países en los que la energía eólica
está más extendida, las comunidades con mayor
presencia : Navarra, Galicia, Andalucía, Aragón y Canarias

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7.-ENERGIA DE LOS OCÉANOS
Hay 4 formas de utilizarla:
-Mareas: Debido a la diferencia de altura entre la bajamar
y la pleamar. Se basa en construir una presa que cierre la
bahía y deje que la marea alta la atraviese. La energía
cinética de la entrada y salida del agua se convierte
,mediante una turbina , en energía eléctrica

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-Olas: Producen un movimiento hasta ahora sólo empleado
para dar luz a pequeñas boyas
-Corrientes oceánicas: Son difíciles de aprovechar al ser
muy pocas las que están concentradas y son
suficientemente veloces
-Conversión térmica: Aprovechamiento de la diferencia
de temperaturas entre las capas superficiales calientes y
las profundas más frías de los océanos

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8.- ENERGIA SOLAR
Varias formas de aprovecharla:
• Sistemas solares térmicos de baja temperatura:
Sistemas de conductos metálicos o de plástico que
calientan el agua que circula por ellos. Se utiliza en las
casas para calefacción
•Sistemas solares térmicos de alta
temperatura( centrales térmicas solares) :
Concentración de los rayos solares mediante
reflectores sobre un horno o generador de vapor. Sólo
en zonas desérticas( Cielo muy despejado)

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Los colectores que concentran la luz solar pueden ser
de tres tipos:
Un disco parabólico que enfoque la luz en un punto
Conducto parabólico que enfoque la luz en una línea
Conjunto de espejos que reflejan la luz en un punto
Una vez concentrado el calor solar se utiliza para
calentar un circuito cerrado de aceite que a su vez
calienta una de agua , transformándola en vapor , que
mueve una turbina y se genera electricidad

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•Sistemas fotovoltaicos: Convierten directamente la luz
solar en electricidad y funcionan con luz solar directa o
indirecta: Sólo produce energía durante el día ; por lo que
hay que utilizar batería recargables. Las células solares
son pequeñas superficies planas elaboradas con un
material semiconductor (Si)
Ventajas. No contamina, no provoca
ruido, su mantenimiento es mínimo y
no requieren agua
Inconvenientes: La costosa
fabricación de la células solares,
impacto visual , variabilidad en su
producción
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•Energía solar pasiva:
Explotación de la energía
solar gracias al diseño de
edificios y el uso de ventanas
aislantes ( arquitectura
bioclimática)

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9.- Energía geotérmica:
Se basa en la diferencia de temperatura entre el interior de la
Tierra y la corteza terrestre
Sólo es aprovechable en aquellas zonas en las que el flujo
térmica es anormalmente alto como en los límites de placa y
en los puntos calientes
En las zonas donde hay
manantiales que proceden del
interior de la Tierra, el agua
caliente se puede explotar
mediante perforaciones que la
extraen hasta la superficie
para generar calor par
Es una energía no renovable
calefacciones, agua caliente,
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etc..

10.- Energía de la biomasa
Es proporcionada por una gran diversidad de productos
entre los que se incluyen los forestales, desechos
agrícolas, desechos animales y basura. Es barata limpia
y requiere tecnologías poco complejas
Es renovable siempre que replantemos tantos árboles y
plantas como utilicemos y en principio posee un balance
cero de emisiones de CO2 ya que emite la misma
cantidad que absorbió durante la fotosíntesis
El transporte es caro por lo
que es necesario obtenerla
en el mismo punto en el que
se obtiene la biomasa
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Las formas de utilizar la biomasa son
-Biomasa energética: quema directa de leña o de basura
urbana
Se utiliza fundamentalmente para calefacción y/o agua
caliente utilizando todo tipo de residuos (forestales, hueso de
aceitunas, cáscaras de almendras, pélets y briquetas)
También se emplea para obtener energía eléctrica en centrales
térmicas de biomasa

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- Transformación en biocombustibles . Residuos
orgánicos que pueden transformarse , mediante la
acción de bacterias y otros procesos químicos en
biofueles líquidos o gaseosos. Tenemos el biogas,
etanol, metanol o bioaceites
a) biogas: combustible gaseosos formado por una mezcla
de metano, CO2 y otros gases (hidrógeno, nitrógeno y
H2S)
Se obtiene de fermentación
anaerobia en un digestor de
materia orgánica biodegradable
que proviene de residuos
ganaderos, lodos de
depuradoras y fracción
orgánica de basuras
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domésticas e industriales

b) bioetanol: se obtiene por fermentación alcohólica y
posterior destilación y deshidratación de vegetales ricos en
almidón (cereales y patatas) o en sacarosa (remolacha o la
caña de azúcar)
El resultado es un combustible similar a la gasolina que se
emplea directamente en vehículos con motores especiales
como en Brasil o en vehículos adaptados que lo mezclan con
gasolina
Otra mezcla posible es el E-diésel (bioetanol, diésel y un
aditivo solvente) que se emplea en motores diésel
En general emiten menos CO2 pero su rendimiento es menor
en comparación con la gasolina

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c) biodiesel: se obtiene a partir de aceites vegetales
(colza, girasol, soja, palma…) que se someten a un proceso
de esterificación metílica
El líquido resultante puede ser utilizado directamente en
motores diésel preparados o sufrir un proceso de refinado
y ser utilizados en cualquier motor diésel mezclados con
otros combustibles fósiles
Ventajas:
-Menos CO2 , SOx y partículas en suspensión
-Biodegradable
-Menos inflamable que el gasóleo

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Desventajas:
-Aumento de la emisiones de NOx
-Cambios que hay que realizar en automóviles
-Disminución de la potencia y aumento del consumo
10.1 Los biocombustibles como alternativa a los
combustibles fósiles
Aunque los biocombustibles se presentan como una
alternativa a los combustibles derivados del petróleo
reduciendo la dependencia de los países no productores
tienen también unas claras desventajas:
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-No son tan ecológicos: aunque reducen la emisión de CO2
en el cultivo se origina una serie de impactos ambientales(
pesticidas, uso excesivo de agua, gasto de combustible en
maquinaria), en el procesado y en el transporte se
consume energía etc..
_ la sustitución de cultivos de cereal alimentario por
cultivos de biocombustible ha provocado un incremento de
los precios de alimentos
-Pérdida de la biodiversidad ya que se talan bosques,
selvas para sustituirlo por cultivos de cereal para
biocombustibles

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Alternativas:
Uso de biocombustibles de segunda generación que en
vez de almidón y sacarosa utilizan celulosa procedente de
la hierba, virutas de madera, restos de cultivos (paja)
Uso de algas con un crecimiento un 30% superior al de
vegetales , con mayor rendimiento y son un buen sumidero
de CO2 atmosférico

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11.-Energía del Hidrógeno
• Se puede quemar para obtener energía desprendiéndose
vapor de agua
Se puede obtener a partir del gas natural o de la biomasa pero
en su formación se emite CO2 Lo ideal sería obtenerlo de la
hidrólisis del agua pero todavía esta en fase de
investigación.
• También se puede utilizar directamente en forma de una pila
de combustible

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12.- USO EFICIENTE DE LA ENERGIA
Desde la crisis del petróleo de 1973 se ha planteado una
nueva fuente de energía: el ahorro
Uno de los mecanismos de ahorro es la cogeneración es
decir la producción combinada de dos formas útiles de
energía (electricidad y vapor de agua) a partir de una única
fuente de combustible

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Medidas especificas par el ahorro de la energía son:
•Aumentar la eficiencia del sistema eléctrico con
sistemas de ayuda para que los consumidores compren
bombillas y aparatos eléctricos más eficientes
•Valoración del coste real de la energía que consumimos
(valoración del ciclo de vida de los aparatos eléctricos)
•Valoración de los costes ocultos de la energía

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Reducción del consumo en los diferentes sectores
(transporte, industria y hogar)
Medidas de ahorro personales: transporte público,
mejora en los aislamientos, electrodomésticos más
eficientes, lámparas de bajo consumo, aumentar el
reciclado de vidrio y papel…

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