COMBUSTIBLES FÓSILES

COMBUSTIBLES FÓSILES
Los combustibles fósiles son el petróleo, el carbón y el gas natural, formados de plantas que vivieron en
épocas muy remotas. La provisión de recursos de combustibles fósiles es limitada y no puede recircularse.
Tarde o temprano, el mundo se quedará sin combustibles fósiles.
El petróleo provee el 38 por ciento de la energía mundial total. Tiene más energía por gramo que ningún otro
combustible fósil. Es también, una fuente importante de sustancias químicas para la industria de los plásticos.
Los estimados de las reservas globales de petróleo han cambiado muy poco en épocas recientes.
Probablemente, ya se ha descubierto todo el petróleo fácil de obtener. Muchos pozos están produciendo
menos petróleo cada año. Ya que no es probable que los geólogos encuentren nuevas reservas grandes de
petróleo, en el futuro habrá que usar otras fuentes de energía.
El gas natural es un posible remplazo para el petróleo. Desde 1970, el gas natural ha sido la fuente de energía
de más rápido crecimiento. La mayor parte del gas natural está con el petróleo. Hasta hace poco se le quemaba
o se le permitía escapar al aire. Hoy en día, la gente sabe el valor del gas natural como un combustible y como
una fuente de sustancias químicas.
El uso mundial del carbón también está aumentando cada año. La ventaja mayor del carbón es su abundancia.
Se estima que las reservas son, por lo menos, 250 veces la cantidad usado en un año. Hay muchos problemas
relacionados con el uso de grandes cantidades de carbón. La transportación requiere grandes inversiones en
barcos y trenes. Las plantas generadoras y las calderas operadas con carbón son muy caras, no solo para
construirlas sino para operarlas también. El carbón puede convertirse en un líquido o en un gas, pero esto
aumentaría dos o tres veces el costo de la energía. Los mayores perjuicios del aumento en el uso del carbón
son los costos en la salud y el ambiente. Más carbón quiere decir más contaminación del aire, más destrucción
de la tierra y más daño a las comunidades bióticas. Al quemar el carbón, se aumentan los niveles de bióxido
de carbono en la atmósfera.
PETRÓLEO
El petróleo o aceite crudo se extrae de pozos perforados a grandes profundidades, en los estratos rocosos de la
corteza terrestre. No se conoce con exactitud el origen del petróleo, pero se cree que es el resultado de
procesos geológicos sobre la materia orgánica en descomposición. En la búsqueda de los depósitos de
petróleo, los geólogos emplean muchas técnicas, pero la más importante es la que consiste en sondear las
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diferentes capas de roca con objeto de localizar la presencia de una corona o de una elevación redondeada en
la cual puede estar atrapado un depósito de petróleo.
A pesar de que algunos compuestos del oxígeno, azufre y nitrógeno se encuentran en el petróleo, éste está
compuesto, principalmente, por una mezcla de hidrocarburos, los cuales se refinan, mediante el proceso
llamado destilación fraccionada, para obtener productos útiles. Este proceso se basa en el hecho de que las
volatilidades ( y por lo tanto las presiones de vapor) de los diferentes hidrocarburos varían inversamente con
sus masas moleculares. Los compuestos que poseen menor masa molecular tienen mayor volatilidad y hierven
a menor temperatura. Debido a que el enorme mercado del petróleo reside en la gran demanda de gases
ligeros, gasolina, aceites combustibles, disolventes, aceites para motores, grasas, parafinas y asfalto, el aceite
crudo se destila fraccionadamente para dar productos que tienen amplios márgenes de ebullición. A pesar de
que dichos productos son aún bastante impuros, tienen suficiente mercado y uso. Para aplicaciones especiales
necesitarán refinaciones posteriores con el consecuente aumento del costo. Se obtienen muchos compuestos
puros del petróleo.
Existen tres grandes categorías de petróleos crudos (denominados a veces simplemente 'crudos'): los de tipo
parafínico, los de tipo asfáltico y los de base mixta. Los petróleos parafínicos están compuestos por moléculas
en las que el número de átomos de hidrógeno es siempre superior en dos unidades al doble del número de
átomos de carbono. Las moléculas características de los petróleos asfálticos son los naftenos, que contienen
exactamente el doble de átomos de hidrógeno que de carbono. Los petróleos de base mixta contienen
hidrocarburos de ambos tipos.
Formación
El petróleo se forma bajo la superficie terrestre por la descomposición de organismos marinos. Los restos de
animales minúsculos que viven en el mar y, en menor medida, los de organismos terrestres arrastrados al mar
por los ríos o los de plantas que crecen en los fondos marinos se mezclan con las finas arenas y limos que caen
al fondo en las cuencas marinas tranquilas. Estos depósitos, ricos en materiales orgánicos, se convierten en
rocas generadoras de crudo. El proceso comenzó hace muchos millones de años, cuando surgieron los
organismos vivos en grandes cantidades, y continúa hasta el presente. Los sedimentos se van haciendo más
espesos y se hunden en el suelo marino bajo su propio peso. A medida que van acumulándose depósitos
adicionales, la presión sobre los situados más abajo se multiplica por varios miles, y la temperatura aumenta
en varios cientos de grados. El cieno y la arena se endurecen y se convierten en esquistos y arenisca; los
carbonatos precipitados y los restos de caparazones se convierten en caliza, y los tejidos blandos de los
organismos muertos se transforman en petróleo y gas natural.
Una vez formado el petróleo, éste fluye hacia arriba a través de la corteza terrestre porque su densidad es
menor que la de las salmueras que saturan los intersticios de los esquistos, arenas y rocas de carbonato que
constituyen dicha corteza. El petróleo y el gas natural ascienden a través de los poros microscópicos de los
sedimentos situados por encima. Con frecuencia acaban encontrando un esquisto impermeable o una capa de
roca densa: el petróleo queda atrapado, formando un depósito. Sin embargo, una parte significativa del
petróleo no se topa con rocas impermeables sino que brota en la superficie terrestre o en el fondo del océano.
Entre los depósitos superficiales también figuran los lagos bituminosos y las filtraciones de gas natural.
Destilación fraccionada
Para fraccionar el petróleo en la industria, se calienta previamente a unos 300 grados C. a medida que fluye, a
través de un horno tubular, hacia la columna de fraccionamiento donde los compuestos del petróleo crudo son
vaporizados, condensados y lavados repetidamente para lograr una separación satisfactoria.
En la columna, que es un cilindro vertical, que contiene platillos horizontales debidamente espaciados, cada
platillo actúa como una barrera al paso del vapor hacia la parte superior de la columna.
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El grado de separación depende del numero de platillos que tiene la columna. Conforme el vapor se desplaza
hacia arriba se le fuerza a burbujear a través de la fase liquida de cada platillo. Esto hace que los vapores se
laven y den lugar a una gran porción del material de mayor peso molecular se disuelva en el liquido y regrese
a los platillos inferiores, mientras que los componentes más volátiles son vaporizados y pasan a los platillos
superiores. Repitiendo este proceso se obtiene una separación efectiva.
FRACCIONES DEL PETRÓLEO
FRACCION INICIAL
No. Aproximado
Intervalo de
Usos
SUBFRACCIONES
de átomos de C.
ebullición ( O C)
Gas ligero
A Metano y
C 1 −C 5
a − 20
Combustible
C1−C2
gas
Combustible
Etano
Alcohol, hule
B Olefinas
C2−C4
Plásticos
C Propano y
C3−C4
Combustible
Butano
Gasolina
C 5 − C 10
20 − 200
A Eter de petróleo
B Ligroína
C Naftas
Queroseno
C5−C6
C6−C8
C 8 − C 11
C 12 − C 16
30 − 60
60 − 100
100 − 200
200 − 300
Aceite combustible
C 15 − C 18
280 − 380
Aceites lubricantes
Petrolato o vaselina
C 16 − C 20
C 18 − C 22
Parafina sólida
C 20 − C 30
p.f. 50 − 60
Cera microcristalina
Asfalto
C 30 − C 50
Muchos
p.f. 50 − 60
Carbón de Petróleo
Muchos
Combustible para autos,
etc.
Disolvente
Disolvente
Disolventes
Combustible, disolvente
Diesel, combustibles para
calderas
Lubricante
Lubricante medicamentos
Velas, lacres,
impermeabilizante
Plásticos etc.
Pinturas pavimentos, etc.
Metalurgia, electrodos de
carbono, etc.
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Refinado
Una vez extraído el crudo, se trata con productos químicos y calor para eliminar el agua y los elementos
sólidos y se separa el gas natural. A continuación se almacena el petróleo en tanques desde donde se
transporta a una refinería en camiones, por tren, en barco o a través de un oleoducto. Todos los campos
petroleros importantes están conectados a grandes oleoductos.
Destilación básica
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La herramienta básica de refinado es la unidad de destilación. El petróleo crudo empieza a vaporizarse a una
temperatura algo menor que la necesaria para hervir el agua. Los hidrocarburos con menor masa molecular
son los que se vaporizan a temperaturas más bajas, y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando
las moléculas más grandes. El primer material destilado a partir del crudo es la fracción de gasolina, seguida
por la nafta y finalmente el queroseno. En las antiguas destilerías, el residuo que quedaba en la caldera se
trataba con ácido sulfúrico y a continuación se destilaba con vapor de agua. Las zonas superiores del aparato
de destilación proporcionaban lubricantes y aceites pesados, mientras que las zonas inferiores suministraban
ceras y asfalto. A finales del siglo XIX, las fracciones de gasolina y nafta se consideraban un estorbo porque
no existía una gran necesidad de las mismas; la demanda de queroseno también comenzó a disminuir al crecer
la producción de electricidad y el empleo de luz eléctrica. Sin embargo, la introducción del automóvil hizo
que se disparara la demanda de gasolina, con el consiguiente aumento de la necesidad de crudo.
Craqueo térmico
El proceso de craqueo térmico, o pirólisis a presión, se desarrolló en un esfuerzo para aumentar el rendimiento
de la destilación. En este proceso, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo
presión. Esto divide (craquea) las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que
aumenta la cantidad de gasolina compuesta por este tipo de moléculas producida a partir de un barril de crudo.
No obstante, la eficiencia del proceso era limitada, porque debido a las elevadas temperaturas y presiones se
depositaba una gran cantidad de coque (combustible sólido y poroso) en los reactores. Esto, a su vez, exigía
emplear temperaturas y presiones aún más altas para craquear el crudo. Más tarde se inventó un proceso de
coquefacción en el que se recirculaban los fluidos; el proceso funcionaba durante un tiempo mucho mayor con
una acumulación de coque bastante menor. Muchos refinadores adoptaron este proceso de pirólisis a presión.
Alquilación y craqueo catalítico
En la década de 1930 se introdujeron otros dos procesos básicos, la alquilación y el craqueo catalítico, que
aumentaron adicionalmente la gasolina producida a partir de un barril de crudo. En la alquilación, las
moléculas pequeñas producidas por craqueo térmico se recombinan en presencia de un catalizador. Esto
produce moléculas ramificadas en la zona de ebullición de la gasolina con mejores propiedades (por ejemplo,
mayores índices de octano) como combustible de motores de alta potencia, como los empleados en los
aviones comerciales actuales.
En el proceso de craqueo catalítico, el crudo se divide (craquea) en presencia de un catalizador finamente
dividido. Esto permite la producción de muchos hidrocarburos diferentes que luego pueden recombinarse
mediante alquilación, isomerización o reformación catalítica para fabricar productos químicos y combustibles
de elevado octanaje para motores especializados. La fabricación de estos productos ha dado origen a la
gigantesca industria petroquímica, que produce alcoholes, detergentes, caucho sintético, glicerina,
fertilizantes, azufre, disolventes y materias primas para fabricar medicinas, nylon, plásticos, pinturas,
poliésteres, aditivos y complementos alimenticios, explosivos, tintes y materiales aislantes.
Porcentajes de los distintos productos
En 1920, un barril de crudo, que contiene 159 litros, producía 41,5 litros de gasolina, 20 litros de queroseno,
77 litros de gasoil y destilados y 20 litros de destilados más pesados. Hoy, un barril de crudo produce 79,5
litros de gasolina, 11,5 litros de combustible para reactores, 34 litros de gasoil y destilados, 15 litros de
lubricantes y 11,5 litros de residuos más pesados.
CARBÓN
Se trata de un combustible sólido de origen vegetal. En eras geológicas remotas, y sobre todo en el periodo
carbonífero (que comenzó hace 345 millones de años y duró unos 65 millones), grandes extensiones del
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planeta estaban cubiertas por una vegetación abundantísima que crecía en pantanos. Muchas de estas plantas
eran tipos de helechos, algunos de ellos tan grandes como árboles. Al morir las plantas, quedaban sumergidas
por el agua y se descomponían poco a poco. A medida que se producía esa descomposición, la materia vegetal
perdía átomos de oxígeno e hidrógeno, con lo que quedaba un depósito con un elevado porcentaje de carbono.
Así se formaron las turberas. Con el paso del tiempo, la arena y lodo del agua fueron acumulándose sobre
algunas de estas turberas. La presión de las capas superiores, así como los movimientos de la corteza terrestre
y, en ocasiones, el calor volcánico, comprimieron y endurecieron los depósitos hasta formar carbón.
Los diferentes tipos de carbón se clasifican según su contenido de carbono fijo. La turba, la primera etapa en
la formación de carbón, tiene un bajo contenido de carbono fijo y un alto índice de humedad. El lignito, el
carbón de peor calidad, tiene un contenido de carbono mayor. El carbón bituminoso tiene un contenido aún
mayor, por lo que su poder calorífico también es superior. La antracita es el carbón con el mayor contenido en
carbono y el máximo poder calorífico. La presión y el calor adicionales pueden transformar el carbón en
grafito, que es prácticamente carbono puro. Además de carbono, el carbón contiene hidrocarburos volátiles,
azufre y nitrógeno, así como diferentes minerales que quedan como cenizas al quemarlo.
Ciertos productos de la combustión del carbón pueden tener efectos perjudiciales sobre el medio ambiente. Al
quemar carbón se produce dióxido de carbono entre otros compuestos. Muchos científicos creen que, debido
al uso extendido del carbón y otros combustibles fósiles (como el petróleo), la cantidad de dióxido de carbono
en la atmósfera terrestre podría aumentar hasta el punto de provocar cambios en el clima de la Tierra. Por otra
parte, el azufre y el nitrógeno del carbón forman óxidos durante la combustión que pueden contribuir a la
formación de lluvia ácida.
Todos los tipos de carbón tienen alguna utilidad. La turba se utiliza desde hace siglos como combustible para
fuegos abiertos, y más recientemente se han fabricado briquetas de turba y lignito para quemarlas en hornos.
La siderurgia emplea carbón metalúrgico o coque, un combustible destilado que es casi carbono puro. El
proceso de producción de coque proporciona muchos productos químicos secundarios, como el alquitrán de
hulla, que se emplean para fabricar otros productos. El carbón también se utilizó desde principios del siglo
XIX hasta la II Guerra Mundial para producir combustibles gaseosos, o para fabricar productos petroleros
mediante licuefacción. La fabricación de combustibles gaseosos y otros productos a partir del carbón
disminuyó al crecer la disponibilidad del gas natural. En la década de 1980, sin embargo, las naciones
industrializadas volvieron a interesarse por la gasificación y por nuevas tecnologías limpias de carbón. La
licuefacción del carbón cubre todas las necesidades de petróleo de Suráfrica.
Reservas
Las reservas mundiales de carbón son enormes. La cantidad de carbón recuperable desde un punto de vista
técnico y económico en las condiciones actuales proporcionaría cinco veces más energía que las reservas de
petróleo crudo; como existen muchas reservas de carbón de alto coste, la cantidad que será económicamente
recuperable a medida que crecen los precios de la energía podría proporcionar más de 20 veces más energía
que las reservas de petróleo. Cuatro regiones del mundo contienen tres cuartas partes de las reservas de carbón
actualmente recuperables: Estados Unidos (28%), los países de la antigua URSS (17%), China (16%) y
Europa Occidental (14%).
Tendencias actuales
A lo largo del siglo XX, la mayor comodidad y menores costes del petróleo y el gas hicieron que estos
combustibles desplazaran al carbón en la calefacción de viviendas y oficinas y en la propulsión de
locomotoras, y también redujeron su empleo en el mercado industrial. Incluso en el mercado de las centrales
térmicas el petróleo y el gas fueron haciéndose con cuotas mayores, y la contribución del carbón al panorama
energético global cayó en picado. Sin embargo, las drásticas subidas de los precios del petróleo desde 1973
proporcionaron al carbón una importante ventaja de costes para las centrales eléctricas y los grandes
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consumidores industriales, con lo que empezó a recuperar parte de los mercados que había perdido.
Problemas de contaminación
A pesar de los costes relativamente bajos del carbón y de las enormes reservas que existen, el crecimiento del
uso del carbón desde 1973 ha sido mucho menor de lo previsto, ya que el carbón está asociado a muchos más
problemas medioambientales que el petróleo. La minería subterránea puede provocar silicosis en los mineros,
hundimientos del suelo situado sobre las minas y filtraciones de ácido a los acuíferos. La minería a cielo
abierto exige una cuidadosa restauración del entorno para que la tierra vuelva a ser productiva y el paisaje se
recupere. Además, la combustión del carbón provoca la emisión de partículas de dióxido de azufre, óxido de
nitrógeno y otras impurezas. Se cree que la lluvia ácida lluvias y otras precipitaciones con un grado de acidez
relativamente alto, que están dañando lagos y bosques en muchas zonas del mundo se debe en parte a dichas
emisiones. En la década de 1990, la preocupación por el posible calentamiento del planeta como resultado del
efecto invernadero hizo que algunos gobiernos tomaran en consideración medidas para reducir las emisiones
de dióxido de carbono producidas por la combustión de carbón, petróleo y gas natural. La solución de esos
problemas es costosa, y la cuestión de quién debe pagar por ello resulta polémica. Esto hace que,
probablemente, el consumo de carbón siga creciendo con más lentitud que lo que cabría esperar en un
principio. Sin embargo, las enormes reservas carboníferas, la mejora de las tecnologías para reducir la
contaminación y los avances en la gasificación del carbón indican a pesar de todo que el mercado del carbón
crecerá en los próximos años.
Tecnologías limpias de carbón
Las tecnologías limpias de carbón son una nueva generación de procesos avanzados para su utilización,
algunas pueden ser desde un punto de vista comercial, viables a principios del siglo XXI. En general, estas
tecnologías son más limpias y eficientes y menos costosas que los procesos convencionales. Hay muchas
tecnologías limpias, pero la mayoría alteran la estructura básica del carbón antes de la combustión, durante la
misma o después de ella. Con ello reducen las emisiones de impurezas como azufre y óxido de nitrógeno y
aumentan la eficiencia de la producción energética.
En la década de 1980, algunos gobiernos emprendieron programas de colaboración con la industria privada
para fomentar el desarrollo de las tecnologías limpias de carbón más prometedoras, como los métodos
mejorados para limpiar el carbón, la combustión en lecho fluido, la inyección de sorbentes de horno y la
desulfuración avanzada de gases de combustión.
Localización de los yacimientos
El carbón se encuentra en casi todas las regiones del mundo, pero en la actualidad los únicos depósitos de
importancia comercial están en Europa, Asia, Australia y América del Norte.
En Gran Bretaña, que fue el líder mundial en producción de carbón hasta el siglo XX, existen yacimientos en
el sur de Escocia, Inglaterra y Gales. En Europa occidental hay importantes depósitos de carbón en toda la
región francesa de Alsacia, en Bélgica y en los valles alemanes del Sarre y el Ruhr. En Centroeuropa hay
yacimientos en Polonia, la República Checa y Hungría. El yacimiento de carbón más extenso y valioso de la
ex Unión Soviética es el situado en la cuenca de Donets, entre los ríos Dniéper y Don; también se han
explotado grandes depósitos de la cuenca carbonera de Kuznetsk, en Siberia occidental. Los yacimientos
carboníferos del noroeste de China, que están entre los mayores del mundo, fueron poco explotados hasta el
siglo XX.
Las estimaciones de las reservas mundiales de carbón son muy variadas. Según el Consejo Mundial de la
Energía, las reservas recuperables de antracita, carbón bituminoso y subbituminoso ascendían a finales de la
década de 1980 a más de 1,2 billones de toneladas. De ese carbón recuperable, China tenía alrededor del 43%,
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Estados Unidos el 17%, la Unión Soviética el 12%, Suráfrica el 5% y Australia el 4%.
Producción de carbón
La producción mundial del carbón en 1994 refleja la crisis de la minería en la Unión Europea (la producción
bajó un 17,4%) y en Rusia (decayó en un 6,2%). En cambio se produjo un dinamismo en la industria
carbonífera de Estados Unidos, China, India, Colombia y Australia entre otros países. La producción total en
el mundo ese año fue 2.158,3 millones de toneladas, de las cuales China produjo un 27,4%, Estados Unidos
un 5,5% y la República de Suráfrica un 4,8%.
GAS NATURAL
Los yacimientos de petróleo casi siempre llevan asociados una cierta cantidad de gas natural, que sale a la
superficie junto con él cuando se perfora un pozo. Sin embargo, hay pozos que proporcionan solamente gas
natural.
Éste contiene elementos orgánicos importantes como materias primas para la industria petrolera y química.
Antes de emplear el gas natural como combustible se extraen los hidrocarburos más pesados, como el butano
y el propano. El gas que queda, el llamado gas seco, se distribuye a usuarios domésticos e industriales como
combustible. Este gas, libre de butano y propano, también se encuentra en la naturaleza. Está compuesto por
los hidrocarburos más ligeros, metano y etano, y también se emplea para fabricar plásticos, fármacos y tintes.
Las tres cosas más importantes sobre el gas natural son: quema en forma limpia, libera energía y se puede
transportar en forma fácil y segura a través de barcos y por tuberías subterráneas. Por estás razones pronto se
utilizó como combustible en todas partes del mundo.
El mayor componente del gas natural es metano, un compuesto natural que no es tóxico. El gas se empezó a
formar hace muchos años, a raíz de la descomposición de plantas y animales. El gas natural que se usó se
formó hace millones de años cuando esos organismos murieron y quedaron sepultados por lodo y arena,
probablemente en lo más profundo de antiguos lagos y océanos.
En la medida en que se acumulaba lodo, arena y sedimento se formaron capas de roca. Estás capas de roca se
encontraban bajo tierra a una gran profundidad. La presión causada por del peso sobre estás capas más el calor
de la tierra transformaron lentamente el material orgánico en petróleo crudo y en gas natural, lo que es hoy
conocido con el nombre de combustibles fósiles.
Todos los combustibles fósiles están formados por átomos de hidrógeno y carbón. Estos átomos se combinan
en moléculas llamadas hidrocarburos. Las moléculas del gas natural (metano) están formadas por un átomo de
carbón y cuatro átomos de hidrógeno. El metano se encuentra en el aire que respiramos.
Bajo condiciones normales, el gas natural es un vapor en vez de un sólido (como el carbón) o de un líquido
(como el petróleo).
El gas natural se acumula en bolsas entre la porosidad de las rocas subterráneas al igual que el agua se
acumula en la porosidad de una esponja. En ocasiones el gas natural se queda atrapado debajo de la tierra por
rocas sólidas que evitan que el gas fluya. El gas atrapado se conoce como un yacimiento.
BIBLIOGRAFÍA
Textos y fotografías extraídas de la enciclopedia Microsoft Encarta 98.
Información y dibujos ilustrativos obtenidos a través de la red de redes: Internet.
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Combustibles fósiles
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