¿Es deseable la energía nuclear a largo plazo, dado que es un aporte de calor no natural a nuestro planeta?

Question

He estado reflexionando sobre si queremos la energía nuclear a largo plazo (en comparación con las energías renovables como la eólica, la solar y la hidráulica). Hay una cierta cantidad de calor (energía) que entra en nuestro planeta y sale de él. Los gases de efecto invernadero reducen la cantidad que sale, haciendo que el planeta se caliente. La energía nuclear aumenta la entrada porque es energía que no saldría aquí sin nosotros. Pero la pregunta que hay que hacerse es qué importancia tiene el aporte energético de la energía nuclear. Digamos, por ejemplo, que la sociedad futura se alimenta totalmente de reactores de fusión, el aporte energético de estos reactores sería aproximadamente $10^{22}$ julios/año (aproximadamente 20 veces el consumo mundial de energía de 2013). Podemos compararlo con la entrada total de energía del sol, que es $10^{25}$ julios/año. A partir de estas cifras, la aportación de la energía nuclear sería aproximadamente el 0,1% de la aportación solar total. ¿Es suficiente para alterar el equilibrio energético de nuestro planeta y agravar los síntomas del calentamiento global?

Answer 1

Hay un equilibrio entre la entrada de calor y la radiación que se pierde en el espacio. Para mantener este equilibrio, si se aumenta la entrada en un 0,1%, hay que hacer lo mismo con la salida. Aproximando la Tierra a un cuerpo negro, la energía que irradia es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura. Así que la temperatura tendría que aumentar un 0,025%. Eso es menos de una décima de grado, lo que no parece muy significativo.

Answer 2

La respuesta es "No", y aquí está la explicación cualitativa. El efecto invernadero no tiene que ver con la entrada de energía adicional en la superficie de la Tierra, ni con la reducción de la producción térmica. Se trata de afloramiento .

En el modelo de cuerpo negro estático y sin océanos: considere un sensor en el espacio profundo que mira al cuerpo negro de la Tierra irradiando en el infrarrojo: no ve la superficie, ve 1- profundidad óptica profundidad en la atmósfera, y es ese trozo de atmósfera el que está a la temperatura correcta del cuerpo negro para equilibrar la entrada de energía. A medida que se penetra en la profundidad óptica de la atmósfera, ésta se calienta más, hasta llegar a la superficie, donde es más caliente.

Así, la superficie es la más caliente, irradiando isotrópicamente, con transferencia de energía a regiones más frías por encima, que hacen lo mismo, y así sucesivamente. Los procesos se denominan afloramiento y transferencia radiativa.

La adición de gases de efecto invernadero aumenta la óptica de la atmósfera, con lo que se eleva la temperatura de la superficie sin que cambie la entrada o salida de energía.

Answer 3

Según esta fuente La irradiación solar total de la Tierra varía, convenientemente, en un 0,1% a lo largo de los ciclos solares de una década. Dado que el clima es muy difícil de predecir con exactitud, desgraciadamente no puedo encontrar ningún consenso generalizado sobre cuánto afecta esto al clima (aunque no soy un científico del clima, así que es muy posible que haya uno que una búsqueda rápida no produzca). Sin embargo, parece probable que estos ciclos solares existan desde hace mucho más tiempo que el cambio climático provocado por el hombre. Así que, a primera vista, diría que un aumento del 0,1% de la entrada de calor en la Tierra no sería un problema demasiado grande.

EDITAR: Para abordar la preocupación del OP de que los ciclos involucrados en el ciclo solar son demasiado cortos para hacer una predicción válida, me metí en un agujero de conejo de la ciencia del clima y aprendí sobre los ciclos de Milankovitch. Esencialmente, la oblicuidad del eje terrestre, su precesión y la excentricidad de la órbita de la Tierra alrededor del sol varían en ciclos largos (decenas de kYr). Sin embargo, sólo la excentricidad cambia realmente la insolación total anual de la Tierra, según esta fuente en torno al 0,167%.

Así pues, ahora tenemos un ciclo de insolación de muy larga duración con el que podemos comparar y obtener (esperemos) resultados más precisos. Ese mismo pdf compara una transformada de Fourier de tiempo corto de la temperatura global media con las transformadas de STFT de otros datos, como la oblicuidad, la excentricidad, la precesión y la insolación a 65 N en julio.

En el pdf, muestran que la STFT de la excentricidad coincide de hecho con la de la temperatura para ciertas frecuencias. Por lo tanto, se podría concluir que el cambio del 0,167% en la insolación total causado por la excentricidad fue el responsable del $12^\circ$ C en la temperatura media a lo largo de 800 kYr, lo cual es ciertamente preocupante. Sin embargo, hay muchos otros factores en juego, ya que la oblicuidad también muestra una fuerte correlación con la temperatura aunque no afecte a la insolación global, al igual que la insolación en el 65N en julio. Por supuesto, todo esto se debe a que el clima de la Tierra es muy caótico y está interconectado. Por ejemplo, una menor insolación a 65N es más probable que produzca hielo que en latitudes más bajas, lo que conduce a un mayor albedo y a un montón de otros efectos en cascada.

La conclusión es que es bastante difícil saber de forma concluyente qué pasaría si los humanos arrojaran un 0,1% adicional de calor total al medio ambiente sin hacerlo realmente. Sin embargo, hay son procesos naturales que modifican el calor vertido al medio ambiente en cantidades comparables, por lo que no es completamente sin precedentes (aunque las escalas de tiempo implicadas son obviamente muy diferentes). Creo que también es importante señalar que 20 veces el uso de energía en 2013 es una estimación muy extrema, por lo que los efectos en la vida real probablemente serían mucho más leves de lo que este post hace parecer.

Answer 4

La energía nuclear asciende a =0,005 W/m2, la mayor parte no es térmica, es luz, frigoríficos y accionamientos mecánicos.

Un cambio de CO2 de 280ppmv a 410ppmv atrapa unos 2 W/m2.

El efecto invernadero es entre 1000 y 2000 veces más caluroso para el planeta que el nuclear. El rendimiento térmico de una central nuclear convencional ronda el 33%, mientras que el de las turbinas de gas es del 60%. La eficiencia de la descomposición de los residuos es casi nula.

En las ciencias ambientales, miden los Sistemas Económicos Globales de la energía y la química:

Todas las nucleares antes de Fukushima hacían 2500.000 GW/h. Es el 11% de las necesidades energéticas humanas.

la tierra tiene 510,1 millones de KM2, mult por 1mn para tener el número en metros.

2500.000.000.000Wh / 510.000.000.000 m2 = 2500 / 510.000 =0,005 W/m2

el sol nos da 10.000 veces más que toda la energía que producimos, y nuestra energía se utiliza sobre todo para el accionamiento de máquinas, la televisión, las comunicaciones y la iluminación.

Los demás dieron el factor más relevante de la ecuación, que son los gases de efecto invernadero.

Answer 5

¿Por qué la energía nuclear de los elementos inestables no se convierte en calor sin que nosotros la hagamos reaccionar en cadena y la utilicemos para obtener electricidad primero?

Los isótopos radiactivos también desprenden calor de forma espontánea al descomponerse en elementos más estables de forma natural.

Sería interesante ver una estimación de cuánta energía genera la desintegración radiactiva espontánea de todos los elementos de la Tierra como sistema. Me sorprendería mucho que nuestra producción nuclear se acercara a la cantidad total de energía de todos los átomos en descomposición en la corteza y el núcleo de la Tierra, (pero no tengo ninguna fuente para ello).