Combustibles fósiles

Se agrupan bajo esta denominación el carbón, el petróleo y el gas natural, productos que por sus características químicas se emplean como combustibles. Se han formado naturalmente a través de complejos procesos biogeoquímicos, desarrollados bajo condiciones especiales durante millones de años. La materia prima a partir de la cual se generaron incluye restos vegetales .

Constituyen un recurso natural no renovable.

El carbón o carbón de piedra se formó a partir de material vegetal. Muchas veces se pueden distinguir vetas de madera o improntas de hojas que permiten reconocer su origen.

El petróleo se formó principalmente del plancton. Frecuentemente con el petróleo se encuentra gas natural, originado durante el mismo proceso en que se generó el primero.

Ambos tipos de combustibles se encuentran acompañados de azufre y/o derivados azufrados, ya que se formaron en condiciones anaeróbicas.

El descubrimiento y el empleo de este tipo de combustibles produjo un cambio revolucionario en las tecnologías de producción aplicadas por el hombre. Comenzaron a emplearse a partir de la Revolución Industrial y su uso se ha incrementado sensiblemente.

Si bien esto permitió un desarrollo productivo nunca antes conocido en la historia del hombre, también produjo un alto impacto negativo sobre el ambiente. La combustión de este tipo de combustibles genera emisiones de gases tales como dióxido de carbono, monóxido de carbono y otros gases que han contribuido y aún contribuyen a generar y potenciar el efecto invernadero, la lluvia ácida, la contaminación del aire, suelo y agua. Los efectos contaminantes no sólo están vinculados a su combustión sino también al transporte (derrames de petróleo) y a los subproductos que originan (hidrocarburos y derivados tóxicos). La situación se agrava cuando se considera la creciente demanda de energía, bienes y servicios, debido al incremento de la población mundial y las pautas de consumo.

Alternativas

Generar políticas energéticas e industriales que vayan desplazando su empleo en la generación de energía hacia energías no convencionales. 

Carbón

Es un combustible fósil; que se formó hace millones de años por carbonización de material principalmente vegetal (a veces se pueden observar restos de plantas fósiles en el carbón). Este proceso, en ausencia de aire (por degradaciones anaeróbicas), formó azufre, además de carbón de piedra.

Según su capacidad calórica, densidad, humedad, grado de carbonización y presencia de otras sustancias se los divide en varios grupos. Los más importantes son: carbón lignito (lignum = leña), carbón marrón con 65-72% de carbón, carbón bituminoso o carbón blando con 76-90 % de carbón, carbón antracita (o hulla seca).

Su valor comercial es menor si está acompañado por otros materiales rocosos. La presencia de altas concentraciones de azufre obliga a la instalación de lavadores para retener el dióxido de azufre que se produce en la combustión durante su uso.

La explotación de carbón de piedra es una de las principales actividades mineras. Se explota en galerías subterráneas o en pozos en superficie. Es un recurso no renovable, pero las reservas alcanzarán para muchos más años que las de petróleo.

Existen además:

a) carbones combustibles no fósiles como:

carbón de madera  o de leña: se obtiene de madera actual por combustión controlada (prácticamente en  ausencia de oxígeno).

carbón animal : se obtiene por combustión de huesos y se usa para blanquear azúcar. Turba : es un material vegetal parcialmente carbonizado, que se forma por

degradaciones anaeróbicas en los fondos de aguas estancadas y en ciertos ambientes denominados turberas.

b) carbones fósiles: no sirven para combustibles y se formaron por procesos geológicos, durante los cuales se encontraban sometidos a altas presiones y temperaturas, formándose estructuras especiales como el diamante y el grafito.

El carbón ha constituido y aún constituye la materia prima para generar energía. Los procesos industriales involucrados se basan esencialmente en su combustión, lo que implica la emisión a la atmósfera de grandes cantidades de dióxido de carbono, monóxido de carbono y otros tipos de gases residuales que participan en el efecto invernadero, las lluvias ácidas y en general en la contaminación del aire.

Alternativas

En cuanto a su aplicación a la generación de energía en gran escala y dado su alto impacto ambiental, es necesario suplantarlo por energías de bajo impacto, tales como las energías alternativas.

Carbón y sus derivadosPosiblemente el primer combustible fósil utilizado por el hombre fuera la turba, primera fase en la formación del carbón. Los yacimientos de turba se hallan en los pantanos, en zonas con unas determinadas condiciones climáticas y topográficas, ya que el suelo debe ser capaz de retener el agua en la superficie o cerca de ella, y la temperatura debe ser tal

que no se produzca una evaporación y una putrefacción rápida (entre 5 y 9 °C). Por eso existen yacimientos de turba en zonas templadas del norte de Europa.Como consecuencia de la propia temperatura del interior de la Tierra y de la presión ejercida por las capas de arena y lodo acumuladas sobre la turba, primero se formó el lignito, sustancia blanda de color marrón, que es considerada como carbón a medio formar. Posteriormente, éste se fue transformando en hulla o carbón bituminoso, que es el más abundante y utilizado en la actualidad, y finalmente la hulla se transformó en antracita, el carbón de formación más reciente. En función de las características de cada zona, evidentemente, existen yacimientos de los cuatro tipos de carbón.Las distintas clases de carbón están formadas por carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, además de otros elementos, como por ejemplo el azufre. En las sucesivas etapas de formación de los distintos tipos de carbón, el contenido en carbono fue aumentando en detrimento de los otros componentes, desde el 50% inicial de la turba (el más antiguo) hasta casi el 95% que pueden tener algunos tipos de hulla. Cualquier compuesto que contenga más de un 95% de carbón puede considerarse carbono puro o grafito, y sólo arde a temperaturas muy elevadas, por lo que no tienen aplicación como combustible doméstico.Como resultado de la destilación seca, o calentamiento en ausencia de aire; del carbón, surge un residuo, el coque que también tiene gran utilidad como combustible y como agente reductor. Además, se obtienen otros combustibles como el gas dudad, el gas de alumbrado y el alquitrán de hulla: Este último contiene grandes cantidades de compuestos aromáticos, corno el tolueno, xileno, naftaleno y otros, que se pueden separar por destilación fraccionada y se emplean como materias primas en la fabricación de explosivos o en la industria farmacéutica.También es posible generar derivados del carbón mediante la hidrogenación, es decir, el tratamiento de la hulla en polvo con gas hidrógeno a altas temperaturas y presiones, hasta obtener un tipo de aceite que es de nuevo sometido a un proceso con hidrógeno, como consecuencia del cual se transforma en gasolina y gasoil, y produce, además, amoniaco y una gran cantidad de hidrocarburos ligeros.El carbón es el combustible fósil más abundante. Desde el punto de vista geológico es una roca sedimentaria, cuyos estratos están compuestos enteramente por restos vegetales de pantanos (troncos y ramas, raíces, polen y esporas, algas, en diferentes proporciones). La mayor masa de carbón es de origen paleozoico. De acuerdo con las condiciones de formación, fundamentalmente del calor y de la presión imperantes tras la descomposición de los vegetales, existen diversos tipos de carbón: Lignito: tiene un color marrón oscuro y es el de más reciente formación. Su proporción de carbono es baja y en general se halla cerca de la superficie, lo que facilita su extracción. Sin embargo, no tiene un poder calorífico relevante, ya que posee gran cantidad de restos vegetales no descompuestos.Hulla: es el carbón más común, y su combustión origina serios problemas medioambientales como la lluvia acida, debido a que tiene importantes cantidades de azufre. Tiene mayor proporción de carbono, menor porcentaje de humedad y mayor poder calorífico que el lignito. Se encuentra a mayor profundidad que éste.Antracita: es el más rico en carbono (90 a 100 %), debido a que estuvo expuesto a temperaturas y presiones muy altas durante su formación. Por ello, tiene mayor capacidad energética y es menos contaminante. Normalmente, se encuentra en finas capas y a gran profundidad. Eso hace que su explotación resulte muy costosa.

Petróleo

El petróleo (aceite de piedra, del latín petra = piedra y oleoum = (aceite) es una mezcla compleja y variable de hidrocarburos, con proporciones menores de nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y azufre (S). Se presenta en forma líquida con distintos grados de viscosidad y en general se lo encuentra acumulado en ciertas estructuras geológicas a diversas profundidades. Es un producto natural que se ha generado a partir de materia orgánica, principalmente proveniente del fitoplancton. Esta materia orgánica incorporada hace millones de años a los sedimentos de cuerpos de agua, sufre, bajo determinadas condiciones físicas y químicas, lentas y complejas transformaciones que la convierten en petróleo y gas.

El petróleo, a través de la tecnología a él asociada (Petroquímica), brinda una innumerable cantidad desubproductos que se emplean en una producción de bienes y servicios altamente diversificada:

Combustibles para la producción de energía y transporte.

Productos químicos para la fabricación de sustancias de uso industrial, farmacéutico, agropecuario, alimenticio, constructivo, etc.

Gran parte de los productos que nos rodean en la vida cotidiana derivan, directa o indirectamente del petróleo, el ejemplo más extendido son los plásticos, presentes actualmente en envases, muebles, aparatos, utensilios, herramientas, elementos constructivos de viviendas, juguetes, ropa, etc. Podría decirse que vivimos en la era del petróleo.Si bien toda esta tecnología petrolera nos ha brindado cierto confort, también ha traído aparejado aspectos negativos:

El uso extendido e indiscriminado de los combustibles (combustibles fósiles) ha contribuido con gases de efecto invernadero y otros contaminantes.

La excesiva producción de plásticos unida a pautas de consumo no racionales, ha originado graves problemas de contaminación.

La explotación (extracción) tanto en tierra como en el mar, es productora de contaminantes de alto impacto sobre los ecosistemas.

El transporte de cantidades cada día mayores de petróleo provoca accidentes en los que se liberan al ambiente importantes cantidades de hidrocarburos que producen graves problemas ecológicos.

El petróleo es un recurso natural no renovable, por lo que su existencia es limitada.

Alternativas

Promover el uso de energías alternativas.

Usar racionalmente la energía y los productos derivados del petróleo.

Adoptar medidas de seguridad y control en la explotación y transporte del petróleo.

Gas Natural

El gas natural constituye la parte más volátil de los combustibles fósiles y se encuentra muchas veces asociado con el petróleo.Se originó en parte por la degradación anaeróbica del plancton, hace millones de años y se encuentra muchas veces acompañado por ácido sulfhídrico que tiene olor desagradable y es sumamente tóxico .

Según la permeabilidad de las rocas y las fisuras existentes, el reservorio natural puede contener gas o haberlo perdido. Se trata en general de hidrocarburos volátiles, de 1 a 4 átomos de carbono denominados, en ese orden, metano, etano, propano y butano. Si su cantidad no permite el aprovechamiento comercial, o se encuentra lejos de posibles usuarios, se lo ventea o se quema en boca de pozo, constituyendo esta última operación un aporte más de dióxido de carbono a la atmósfera.

Además del gas natural asociado al petróleo, debemos considerar la producción de otro gas natural, el metano, llamado biogas. Se forma en las degradaciones anaeróbicas, en los pantanos, en los basurales y en una porción del estómago de los rumiantes y se libera espontáneamente a la atmósfera. Este mismo proceso puede desarrollarse, en forma controlada, en biodigestores y aprovecharse como una fuente de energía alternativa.

El petróleo y sus derivadosEl petróleo se encuentra en yacimientos dispersos por numerosos puntos de la corteza terrestre, trata de un líquido espeso; compuesto por una gran cantidad de hidrocarburos, la mayor parte de ellos alifáticos de cadena abierta, aunque en algunas son básicamente hidrocarburos cíclicos y aromáticos. En mucha ocasiones aparecen a grandes bolsas de gas natural que aún no se ha disuelto en el petróleo. Recién traído del yacimiento, el petróleo crudo no tiene aplicación comercial, por lo qué es necesario someterlo a un proceso de destilación fraccionada en refinerías, para sepa en distintas partes en función de su punto de ebullición. De las diversas fracciones de petróleo, las que tienen aplicación como combustible son las siguientes:

FracciónN°. de Carbonos Aplicación

Gases <30Combustible, Gasolina de Polimerización, Negro de Humo

Gasolina 40-200 Combustible para motores, disolventes

Queroseno 175-300 Combustible, alumbrado

Gasoil 250-400 Combustible motores Diesel, gasolina por craqueo

Coque de Petróleo —- Combustible, reductor, fabricación de electrodos

Reserva de Petróleo en Sudamerica

GasolinaLa gran demanda de gasolina para automoción determina su obtención, además de por fracción directa de la destilación del petróleo, por craqueo de otras fracciones más ligeras de éste, como el gasoil. El craqueo consiste básicamente en el rompimiento de las cadenas más largas de hidrocarburos; en este proceso se generan también grandes cantidades de hidrocarburos no saturados, que contribuyen a la mejora de la calidad de las gasolinas y, además, son materias primas en distintos procesos químicos.El craqueo se puede producir por métodos térmicos, sometiendo las fracciones superiores del petróleo a una temperatura de 400-450 °C y una presión elevada de 20 a 70 atmósferas durante un tiempo breve, o bien por métodos catalíticos, empleando catalizadores específicos, como arcillas, para favorecer el rompimiento; se obtiene así gasolina de mejor calidad que por el método térmico.No todas las gasolinas provocan el mismo efecto de combustión en el motor de un vehículo, ya que depende del Índice de octano. Así, Comparando la detonación que experimenta una gasolina con la de una mezcla patrón formada por heptano normal (que es el alcano que más detona y al que se le asigna un índice de octano cero) y por 2,2,4 trimetilpentano o isoctano (que es el que menos detona y se le asigna un índice de octano 100), se puede establecer el grado de detonación de una gasolina.Se ha demostrado que los hidrocarburos de cadena lineal poseen un índice de octano más bajo que los no saturados y los de cadena ramificada, por lo que, para mejorar el rendimiento de una gasolina, se trata de elevar el índice de octano, sometiéndola a un nuevo proceso de craqueo, llamado reformado, que consigue transformar las cadenas lineales en ramificadas. Además, se agregan aditivos como ciertos compuestos de plomo, que hacen que la gasolina adquiera un índice de octano próximo a 100, e incluso superiores para el combustible empleado en los aviones.