Combustibles fósiles
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Combustibles fósiles son las sustancias tales como el petróleo, el carbón mineral, el gas natural y sus variedades, formados a través de largos y complejos procesos geológicos en el interior de la corteza terrestre, que se caracterizan por liberar en el proceso de combustión, no solo la energía solar acumulada durante cientos de millones de años, sino que además, desprenden a la atmósfera enormes cantidades de CO2, gas que interviene en el calentamiento global a causa del efecto invernadero. Durante el propio proceso de combustión, se desprenden también a la atmósfera, ciertas cantidades de dióxido de azufre, lo cual da origen a la formación de las llamadas "lluvias ácidas", que afectan a la biosfera, por los daños que producen en los bosques, ríos, lagos y terenos cultivables.
Sumario
Formación de los combustibles fósiles.
Los yacimientos de combustibles fósiles aparecen generalmente en cuencas sedimentarias, formadas por áreas deprimidas de la corteza terrestre, que fueron en determinadas épocas geológicas, el fondo de antiguos mares, lagos y pantanos. En estos se acumularon y mezclaron junto con los sedimentos, los restos de antiguos microorganismos, animales y plantas que existieron en épocas muy remotas. De esta manera se formó un barro rico en compuestos orgánicos, constituido por grandes cantidades de carbono e hidrógeno, según el caso, acompañado de ciertas cantidades de azufre, nitrógeno, fósforo, entre otros elementos químicos.
Este barro, sepultado a cientos de metros de profundidad por capas crecientes de sedimentos depositadas durante millones de años, experimentó un incrementó paulatino de la presión y de la temperatura, gracias a la acción ejercida por las capas superiores. De esta forma, las condiciones físicas creadas por presiones que alcanzaron valores del orden de varios millones de pascal y temperaturas del orden de cientos de grados, dieron origen al surgimiento de transformaciones químicas en el material orgánico, que permitieron almacenar la energía solar acumulada en el transcurso de millones de años, a través de la formación de las distintas variedades conocidas de petróleo, carbón mineral y gas.
El petróleo se localiza por lo general en los anticlinales, domos de sal, fallas o en trampas estratigráficas de rocas impermeables, en zonas de origen sedimentario formadas por antiguos fondos de mares y lagos de aguas saladas, donde los sedimentos orgánicos estaban formados fundamentalmente por restos de plancton, algas y bacterias microscópicas. En estas cuencas sedimentarias las condiciones de presión y temperatura propiciaron un ambiente químico reductor para la degradación de los restos orgánicos por parte de bacterias anaeróbicas, dando lugar a la formación de diferentes mezclas de hidrocarburos.
El origen del carbón mineral se remonta a la época carbonífera, hace más de trescientos millones de años, época en la cual, grandes extensiones del planeta estaban cubiertas por pantanos, en los que crecía una abundante vegetación de enormes helechos, algunos de ellos tan grandes como árboles. Al morir estas plantas, quedaron sumergidas por el agua y se fueron descomponiendo gradualmente, formando capas separadas cubiertas por sedimentos. A medida que se producía la descomposición de la materia vegetal esta perdía átomos de oxígeno e hidrógeno, aumentando su contenido de carbono. Catástrofes geológicas posteriores, sepultaron definitivamente con grandes capas de rocas y tierras sedimentarias, los restos de estos pantanos, y las enormes presiones y altas temperaturas creadas por estas capas durante largo tiempo, dieron lugar al proceso de carbonización, que según su antigüedad permite obtener diferentes tipos de variedades de este mineral.
El petróleo
También llamado "oro negro", es un aceite mineral formado por una mezcla compleja, de composición variable, de numerosos hidrocarburos con diferentes pesos atómicos y temperaturas de ebullición, en los que aparecen también algunos hidrocarburos disueltos en estado sólido y gaseoso. Posee además, impurezas formadas por compuestos de oxígeno, azufre, nitrógeno, sales metálicas y agua.
El aspecto del petróleo es el de un líquido oleoso, bastante viscoso y generalmente oscuro. Es un combustible de fuerte olor característico, menos denso que el agua e insoluble en ella. Aunque se considera que la utilización industrial del petróleo comenzó en 1859 con la perforación del primer pozo en Titusville, Pensilvania, por Edwin L. Drake, en realidad el descubrimiento y utilización del petróleo se remonta aproximadamente al año 3800 a.n.e. Numerosos descubrimientos arqueológicos demuestran que en esa época los sumerios comenzaron a utilizar la brea o asfalto proveniente del petróleo que afloraba de modo natural en el valle del río Éufrates, como material aglutinante en la construcción de templos y viviendas de piedra, así como también para mantener el fuego sagrado, embalsamar cadáveres, elaborar medicamentos, calafatear las embarcaciones, el arte militar y otras actividades muy diversas.
Existen variedades de petróleo crudo según los distintos tipos de yacimientos e, incluso, en ocasiones, varían las características del petróleo de un pozo a otro dentro de un mismo yacimiento, tanto en las propiedades físicas como la densidad y la viscosidad, como en la composición química de los hidrocarburos derivados que se pueden obtener en mayor proporción.
Según esto, los crudos se clasifican para su uso según su composición en:
- Crudos ligeros, en los que prevalecen los hidrocarburos volátiles que poseen buenos rendimientos en la obtención de combustibles.
- Crudos medios de base parafínica, en los que predominan altos rendimientos en aceites ligeros y lubricantes que producen abundantes residuos de parafinas.
- Crudos pesados o asfálticos, con altos contenidos de azufre, en los que resalta el rendimiento en aceites combustibles, fuel oil, alquitranes, asfalto y azufre.
La necesidad creciente de obtener diferentes tipos de combustibles, grasa y aceites lubricantes derivados del petróleo, impulsado fundamentalmente por el desarrollo del transporte, propició poco a poco el desarrollo de la industria de la refinación.
Existen evidencias de que la refinación del petróleo ya se realizaba de forma primitiva a finales de la Edad Media, en Transcaucasia y Ucrania, para obtener aceite de alumbrado, aunque su verdadero desarrollo se fomentó en Titusville, en 1859, donde se inventaron, aplicaron y perfeccionaron, gran parte de los procedimientos de refinación del petróleo que más tarde se difundieron y mejoraron rápidamente en distintas partes del mundo.
Formado por una mezcla densa de hidrocarburos gaseosos, constituida fundamentalmente por el 98 % del primero de los hidrocarburos de la serie saturada, el metano (CH4), acompañada de otros gases como son el etano (C2H6), el propano (C3H8), el butano (C4H10) y el sulfuro de hidrógeno (SH2), asociados a yacimientos fósiles de carbón y petróleo.
Para su uso es necesario eliminar el sulfuro de hidrógeno, que es un gas tóxico, mal oliente y altamente corrosivo, cuya depuración produce cantidades considerables de azufre.
En realidad, el gas natural se viene explotando a gran escala desde la segunda mitad del pasado siglo XX, ya que en las primeras perforaciones petroleras, no se consideraba como un producto útil, por el alto riesgo de explosión que implicaba su uso y se expulsaba al aire generalmente al quemarlo. Superado este problema, se ha demostrado que el gas natural es de gran utilidad, pues constituye el combustible fósil más limpio, al poseer el más bajo porcentaje de elementos contaminantes, derivado de su composición molecular rica en hidrógeno y pobre en carbono (cuatro átomos de hidrógeno por cada uno de carbono); además, posee un bajo contenido de azufre. Por ser un gas no puede contaminar directamente ni los ríos ni los mares.
A modo de ejemplo, si se compara las cantidades de CO2 emitidas en la combustión de cierta cantidad de gas natural, carbón y petróleo, de forma tal, que generen igual cantidad de energía, obtendremos como resultado que el gas natural emite solamente el 50 % de CO2 generado por la combustión del carbón y el 75 % del CO2 emitido por la combustión del petróleo.
Es por ello, que el gas natural se comenzó a utilizar en la economía tanto doméstica como industrial de muchos países, de forma tal que su emp|eo ha provocado profundas modificaciones en su industria y economía. Todo esto se debe al poder calorífico del gas 88,8 MJ/m3, su limpieza, su cómodo empleo, y su fácil y económica distribución a través de largos gasoductos que amortizan en pocos meses de explotación, la inversión inicial. No obstante, es necesario en el proceso de extracción y utilización del metano, evitar escapes de gas a la atmósfera sin quemarlo, pues produce un efecto invernadero 20 veces superior al que produce la misma cantidad de CO2.
A pesar de la reciente utilización a gran escala del gas natural, su conocimiento por el hombre se remonta a épocas muy lejanas. En los primeros asentamientos humanos en diferentes lugares de Mesopotamia, los hombres contemplaban con temor y adoración el fuego que brotaba espontánea y permanentemente de la tierra, al emanar e inflamarse el gas natural proveniente de los abundantes yacimientos de petróleo que existen en esa región del planeta.
El carbón mineral
El carbón mineral (cuyo nombre vulgar es el de "carbón de piedra"), es un término genérico que se utiliza para designar a un grupo de minerales sólidos de origen vegetal con elevado contenido de carbono, en cuya composición química se encuentra este elemento químico en proporciones variables. El carbón mineral posee además hidrógeno, nitrógeno, azufre y fósforo, entre otros elementos químicos, y las diferentes variedades del mismo están en dependencia del tiempo transcurrido en su formación.
Su uso se remonta a algunos siglos atrás, época en la cual se utilizaba ampliamente en las herrerías y en alguna que otra pequeña industria; un ejemplo de esto, es que a finales del siglo XVI lnglaterra exportaba a Francia y a los países Bajos grandes cantidades de carbón mineral extraído de sus minas. Pero en realidad, se considera que la verdadera era del carbón comenzó a principios del siglo XVIII. El carbón constituyó la principal fuente de energía que sustentó el desarrollo de la era industrial, hasta que fue sustituido por el petróleo gracias al desarrollo del transporte automotor.
Las variedades del carbón mineral son las siguientes:
- La turba: También llamada "carbón pardo"; es un carbón de formación reciente, en el cual puede distinguirse en su masa, la estructura de los vegetales que lo forman. Se caracteriza por ser esponjosa y ligera. Además, contiene la proporción más baja de carbono con un alto índice de humedad, y deja una gran cantidad de cenizas en su combustión. Después de secada, la turba desprende entre 12,5 y 16,7 MJ/kg. Los yacimientos de este combustible fósil en Cuba estan localizados en la zona de la Ciénaga de Zapata. Se ha decidido no explotar estos yacimientos por razones de protección ambiental.
- El lignito: Es más pobre en carbono que la hulla. Posee entre el 25 y 30 % de carbono y su color es negro mate, se caracteriza por manchar los dedos al tocarlo y dejar una proporción elevada de cenizas al arder. Las mejores variedades del lignito desprenden hasta 27,1 MJ/kg.
- La hulla: Es de calidad y poder calorífico inferior a la antracita. Deja al arder mayor cantidad de cenizas y posee del 75 al 90 % de carbono. Su poder calorífico oscila entre 29,2 y 33,4 MJ/kg.
- La antracita: Entre todas las variedades de carbón es la de mejor calidad. Posee entre el 90 y el 97 % de carbono y es el de más antigua formación, constituido por un mineral negro, brillante y sonoro a la percusión, que arde sin dejar humo y deja poca ceniza o materias inertes; un kilogramo de este mineral desprende en su combustión completa entre 33,4 y 37,2 MJ.
El mineral de carbón por lo general se encuentra a grandes profundidades en el subsuelo, en ocasiones superiores a los mil metros, en forma de filones o capas que poseen espesores variables. Por tales razones, la extracción del carbón se realiza generalmente por el sistema de pozos y galerías subterráneas, cuya construcción y mantenimiento son siempre costosos y en los cuales es necesario tomar muchas medidas de seguridad para evitar accidentes. De forma excepcional en el mundo existen minas de carbón donde el mineral se extrae a cielo abierto, lo cual hace más barato el proceso de extracción. Además, este tipo de mina requiere de un importante trabajo y de considerables gastos económicos para restablecer las condiciones ambientales normales (suelo, vegetación) al terminar la fase de extracción.
Otros combustibles fósiles
Hace varios años, los geólogos identificaron depósitos de otros hidrocarburos, como gases hidratados, arenas alquitranadas y esquistos petrolíferos. Los gases hidratados contienen las moléculas de metano encerradas en una estructura cristalina, con moléculas de agua. Las arenas alquitranadas son hidrocarburos pesados parecidos al asfalto, que se forman en los depósitos de arena o arenisca a los cuales emigró el petróleo y donde fueron degradados en un asfalto más pesado. Por su parte, los esquistos petrolíferos son rocas de grano fino que contenían una alta concentración de material orgánico y que a pesar de haber recibido altas presiones y temperaturas, estas no fueron suficientes para dar lugar a la formación de un petróleo más fluido.
Como la tecnología para la extracción comercial de estos hidrocarburos no se ha desarrollado aún, su recuperación es más costosa y difícil. Es por eso que estos combustibles fósiles no se incluyen en la mayoría de las estimaciones sobre las fuentes y los recursos energéticos mundiales.
Véase también
Fuente
- Libro del Programa de Ahorro de Electricidad en Cuba para la enseñanza media.
