LOS COMBUSTIBLES FÓSILES
Nuestra civilización industrial moderna usa fósiles como combustible. Casi el 90% de la energía que zusamos para mantener nuestro modo de vida proviene de combustibles fósiles: hulla (carbón), petróleo y gas natural. Los combustibles son sustancias que arden fácilmente y al hacerlo liberan cantidades importantes de energía.
Nuestra civilización industrial moderna usa fósiles como combustible. Casi el 90% de la energía que zusamos para mantener nuestro modo de vida proviene de combustibles fósiles: hulla (carbón), petróleo y gas natural. Los combustibles son sustancias que arden fácilmente y al hacerlo liberan cantidades importantes de energía.
Estamos tan acostumbrados a disponer de abundantes combustibles que tendemos a olvidar que la Tierra tiene sólo una provisión limitada de combustibles fósiles. Durante tu vida, es probable que el gas natural y el petróleo se vuelvan tan escasos y costosos que la gente no podrá costear su uso como combustibles. Si continúa la tasa de producción actual, las reservas estadounidenses de petróleo se agotarán en algún momento. Más de la mitad de reservas de petróleo del mundo están en las turbulentas regiones del Oriente Medio. También se espera que las reservas del gas natural se agoten durante el siglo XXI. Las reservas de hulla deberán durar al menos 300 años si se siguen usando con la celeridad actual, pero dicha rapidez está aumentando, y aumentará todavía más a medida que se agoten los otros dos combustibles fósiles.
Carbón: la roca milenaria de carbono
La hulla o carbón es un material complejo. Se compone principalmente de carbono, pero también contiene pequeños porcentajes de otros elementos. La calidad del carbón como fuente de energía se basa en su contenido de carbono; las clasificaciones van desde turba y lignito de baja calidad hasta antracita de alta calidad (ver tabla 1).
La hulla o carbón es un material complejo. Se compone principalmente de carbono, pero también contiene pequeños porcentajes de otros elementos. La calidad del carbón como fuente de energía se basa en su contenido de carbono; las clasificaciones van desde turba y lignito de baja calidad hasta antracita de alta calidad (ver tabla 1).
El suministro de carbón es limitado. Los depósitos que existen actualmente tienen menos de 600 millones de años. Durante parte de los últimos 600 millones de años la Tierra fue mucho más caliente que ahora, y las plantas proliferaron. La mayor parte de las plantas vivió, murió y se descompuso, con lo cual desempeñó su papel normal en el ciclo del carbono. Sin embargo una porción del material vegetal quedó enterrado bajo lodo y agua. Ahí en ausencia de oxígeno, sólo pudo descomponerse parcialmente. El material estructural de las plantas es en gran medida celulosa (compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno). Bajo la acción de una presión cada vez mayor, a medida que el material quedaba enterrado más profundamente, las moléculas de celulosa se rompieron. Moléculas pequeñas ricas en hidrógeno y oxígeno escaparon y dejaron atrás un material cada vez más rico en carbono. Así, la turba es un carbón joven, en el que la conversión es apenas parcial. La antracita, en cambio, se ha carbonizado casi totalmente.
Es de suponer que se siguen formando combustibles fósiles en la Naturaleza. Sin embargo, la tasa de formación es extremadamente lenta. De hecho, se ha estimado que estamos gastando combustibles fósiles a una velocidad 50.000 veces mayor que con la que se están formando.
Tabla 1: Composición aproximada ( porcentaje en masa) de varios grados representativos
De hulla.
Tabla 1: Composición aproximada ( porcentaje en masa) de varios grados representativos
De hulla.
Gas natural: principalmente metano
El gas natural es un combustible fósil constituido principalmente por metano, aunque su composición varía considerablemente. En Norteamérica el gas natural suele contener entre un 60 y 80% de metano, 5 a 9% de etano, 3 a 18% de propano y 2 a 14% de butano y pentano. El gas, tal como sale del suelo, a menudo contiene compuestos de azufre y de nitrógeno con impurezas.
Lo más probable es que el gas natural se haya formado hace muchísimo tiempo por la acción del calor, la presión y tal vez de las bacterias sobre materiales orgánicos enterrados. El gas queda atrapado en formaciones geológicas cubiertas por roca impermeable, y se extrae mediante pozos perforados en las formaciones que contienen gas.
La mayor parte del gas natural se usa como combustible, pero también es materia prima para la producción de metanol y muchos otros compuestos de un solo carbono.
El gas natural, compuesto principalmente por metano, arde con una flama relativamente limpia, y los productos principales son dióxido de carbono y agua. Es el más limpio de los combustibles fósiles, sin embargo, la provisión disponible no es ilimitada. Se espera que las reservas mengüen durante los próximos 30 años, sobre todo si nuestra tasa de uso sigue aumentando.
Petróleo: hidrocarburos líquidos
El petróleo es una mezcla líquida en extremo compleja de compuestos orgánicos. Los depósitos de petróleo casi siempre están asociados a gas natural, una parte del cual, o todo se hace pasar por un proceso de separación. Los principales componentes del petróleo son los hidrocarburos, los cuales son en su mayor parte alcanos, pero algunos son compuestos cíclicos. El petróleo también contiene cantidades variables de azufre, nitrógeno y oxígeno.
Ya vimos que el carbón es primordialmente de origen vegetal. Indicios recientes sugieren que el petróleo es de origen animal. Lo más probable es que se forme principalmente a partir de las grasas de animales microscópicos que viven en el océano, porque casi siempre se encuentra en rocas sedimentarias de origen oceánico. Las grasas están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno, con un poco de oxígeno. La eliminación del oxígeno y un pequeño reacomodo de los átomos de carbono e hidrógeno de estas grasas producen moléculas de hidrocarburos típicos como los que contiene el petróleo.
El petróleo crudo es un líquido oscuro de olor fuerte, menos denso que el agua e insoluble en ella. Se compone de una mezcla de varios centenares de hidrocarburos, compuestos formados solo por átomos de carbono e hidrógeno. Aparte de los hidrocarburos tiene también, aunque en pequeñas proporciones, moléculas que poseen átomos de azufre, oxígeno, nitrógeno y otros elementos.
Refinación del petróleo
Una vez que el petróleo es extraído desde los pozos, se pasa a unos depósitos especiales en donde se lo separa del agua y otros sedimentos que lo acompañan. Luego, el petróleo crudo, sin refinar, se envía a la refinería por medio de oleoductos para someterlo a una destilación en la planta de fraccionamiento.
La torre de fraccionamiento que destila el petróleo crudo es un equipo de destilación gigantesco. A medida que comienza el calentamiento, las moléculas empiezan a absorber esta energía y a moverse con mayor rapidez; las más pequeñas, con menos átomos de carbono, por tener una menor superficie de contacto, tienen menor interacción con las moléculas vecinas y se evaporan a menor temperatura, es el caso del gas, la gasolina y la parafina; luego siguen las más pesadas, que necesitan un mayor temperatura, como es el caso del diesel y así sucesivamente. (ver fig. 1)
Refinado del petróleo
La primera etapa en el refinado del petróleo crudo consiste en separarlo en partes, o fracciones, según la masa molecular. El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento, en la que la temperatura disminuye con la altura. Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras) sólo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna, donde se extraen. Las fracciones más ligeras (que darán lugar por ejemplo a combustible para aviones y gasolina) suben más arriba y son extraídas allí. Todas las fracciones se someten a complejos tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales deseados.
La bencina
El automóvil ha llegado a ser parte indispensable en la vida moderna gracias a su velocidad, autonomía y facilidad de uso desplazó a los otros medios de transporte.
La primera etapa en el refinado del petróleo crudo consiste en separarlo en partes, o fracciones, según la masa molecular. El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento, en la que la temperatura disminuye con la altura. Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras) sólo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna, donde se extraen. Las fracciones más ligeras (que darán lugar por ejemplo a combustible para aviones y gasolina) suben más arriba y son extraídas allí. Todas las fracciones se someten a complejos tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales deseados.
La bencina
El automóvil ha llegado a ser parte indispensable en la vida moderna gracias a su velocidad, autonomía y facilidad de uso desplazó a los otros medios de transporte.
En el mundo circulan actualmente alrededor de 430 millones de automóviles. Como era de esperarse, los químicos se vieron en la necesidad de transformar otros derivados del petróleo de menor demanda, en bencina. Los procedimientos utilizados para este fin son el cracking y la isomerización.
Cracking, consiste en el calentamiento, a altas temperaturas, de los aceites pesados de cadena larga, que contiene el petróleo, a fin de provocar la fragmentación de las cadenas, dando origen a otras más pequeñas. El cracking se ha mejorado al incorporarle catalizadores como óxido de aluminio (Al2O3). El Catalizador aumenta la velocidad de una reacción química pero no se consume en ella.
Isomerización, es la reorganización de las cadenas de carbono lineales en otras ramificadas a través del uso de la temperatura y de catalizadores. Con este procedimiento mejora la calidad de la bencina.
Tabla 1 “Fracciones representativas del petróleo”
¿Qué es el octanaje de la bencina?
Los hidrocarburos lineales se queman con mucha rapidez originando detonaciones que pueden dañar al motor, mientras que los ramificados tienen una combustión más adecuada. Para medir las cualidades antidetonantes de una bencina se usa el índice de octano. Al hidrocarburo isooctano, se le asigna un valor de 100 y al heptano, un valor de 0. Con estos dos compuestos se construye una escala de octanaje. Así, una bencina formada por 95 partes de isooctano y 5 partes de heptano tendrá un octanaje de 95, cualquier mezcla de hidrocarburos que posea características similares a esta será de 95 octanos.
Los hidrocarburos lineales se queman con mucha rapidez originando detonaciones que pueden dañar al motor, mientras que los ramificados tienen una combustión más adecuada. Para medir las cualidades antidetonantes de una bencina se usa el índice de octano. Al hidrocarburo isooctano, se le asigna un valor de 100 y al heptano, un valor de 0. Con estos dos compuestos se construye una escala de octanaje. Así, una bencina formada por 95 partes de isooctano y 5 partes de heptano tendrá un octanaje de 95, cualquier mezcla de hidrocarburos que posea características similares a esta será de 95 octanos.
El petróleo: más que un combustible
Del petróleo que se consume en mundo, el 91,5% se quema para usarlo como combustible y solo el 8,5% queda para obtener otros productos útiles.
Hace un poco más de un siglo, todos los elementos que se usaban en nuestra sociedad se hacían a partir de los materiales que proporcionaba la naturaleza, como por ejemplo la piedra, la madera, los metales, la arcilla, el vidrio, el algodón el lino o la seda. Los colorantes, perfumes, medicamentos eran extraídos generalmente de vegetales.
Los procesos desarrollados por la química durante este tiempo, como el conocimiento de la estructura atómica, la formación de enlace entre los átomos, la estructura de las moléculas y la forma en que se producen las reacciones, han proporcionado los químicos las herramientas para construir una cantidad ilimitada de productos nuevos. Se puede obtener prácticamente “cualquier cosa” a partir de las moléculas del petróleo: medicamentos, perfumes, colorantes, plásticos, adhesivos, explosivos, detergentes, plaguicidas y muchos otros.
El petróleo, un recurso no renovable
El desarrollo económico de los países industrializados está ligado al uso de la energía. Durante más de 60 años, la Revolución industrial se basó en el carbón para obtener la energía necesaria e impulsar así su maquinaria productiva. Años más tarde, en 1948, el petróleo vino a ocupar su lugar.
Además del aumento de la producción, en este período, la población aumentó en tres veces. Todo esto ha llevado a un aumento de 10 veces en el uso de la energía en todas sus formas.
Desgraciadamente, sabemos que el petróleo es un recurso no renovable, se demora millones de años en producirse.
En el año 1990 se estimaba que las reservas de petróleo eran de 1.005 billones de barriles (1012 barriles), mientras que le consumo diario, en todo mundo, se calcula en 63 millones de barriles (6,3. 107barriles). De acuerdo con estos datos tendríamos petróleo para 43 años más. (nota: cada barril contiene 160 litros)
El petróleo es la principal fuente de energía del mundo; ocupa casi el 40% de los requerimientos, otro 26 % corresponde al carbón, 21% al gas natural y el 13 % restante a la hidroelectricidad y energía nuclear.
Las reservas de gas natural se estiman en una cantidad similar a las del petróleo, no así las de carbón que es el más abundante de los combustibles fósiles. Se piensa que hay entre 20 y 40 veces más carbón que petróleo, por lo que no es de extrañar que se intente buscar la forma de usarlo como sustituto del petróleo.
Tanto el carbón, como el petróleo y el gas natural, cuando se queman en presencia del oxígeno del aire, producen dióxido de carbono y agua:
Tanto el carbón, como el petróleo y el gas natural, cuando se queman en presencia del oxígeno del aire, producen dióxido de carbono y agua:
Tenemos entonces un doble problema: nos falta más petróleo para el futuro. Por otra parte, hay una creciente inquietud por la producción de CO2, uno de los principales gases de invernadero, sin contar con otros gases de combustión como los óxidos de nitrógeno y de azufre que causan la lluvia ácida.
Empresa Nacional de Petróleo, ENAP
El 29 de Diciembre de 1945, fluyó por primera vez, desde el pozo de Springhill, en Tierra del Fuego, el primer chorro de petróleo. Y cinco años más tarde, el 19 de Junio de 1950, el Presidente Gabriel González Videla promulgó la Ley 9.618 que creó la Empresa Nacional del Petróleo, ENAP. El gobierno de la época estableció la dependencia de ENAP en la Corporación de Fomento de la Producción (Corfo), con personalidad jurídica independiente del Estado.
El 29 de Diciembre de 1945, fluyó por primera vez, desde el pozo de Springhill, en Tierra del Fuego, el primer chorro de petróleo. Y cinco años más tarde, el 19 de Junio de 1950, el Presidente Gabriel González Videla promulgó la Ley 9.618 que creó la Empresa Nacional del Petróleo, ENAP. El gobierno de la época estableció la dependencia de ENAP en la Corporación de Fomento de la Producción (Corfo), con personalidad jurídica independiente del Estado.
Con medio siglo de vida cumplido, ENAP tiene un fuerte arraigo en varias regiones de Chile y abastece más del 85% de la demanda de combustibles del país. En este tiempo ENAP ha mantenido el liderazgo en el campo energético nacional, motivo suficiente para estimar que se ha transformado en un importante motor del desarrollo económico y social de Chile.
V.G.Z
