LOS COMBUSTIBLES FÓSILES Una parte de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra es utilizada por los vegetales para sintetizar materia orgánica a partir de dióxido de carbono y agua. Este proceso recibe el nombre de fotosíntesis. Así, la energía solar queda almacenada en los vegetales en forma de energía química. La materia orgánica de los organismos muertos se va depositando en el suelo y el fondo de los mares y sufre un proceso de sedimentación. La acción de bacterias aerobias, primero, y anaerobias, después, así como el efecto del calor y la presión, al hallarse a gran profundidad, transforman progresivamente la materia orgánica en una mezcla de hidrocarburos. Este proceso, que dura millones de años, se denomina fosilización. El carbón, el petróleo y el gas natural se han originado a causa de este proceso y por ello reciben el nombre de combustibles fósiles. EL CARBÓN El carbón mineral es una roca combustible, formada por la acumulación de vegetales (procedentes principalmente del Periodo Carbonífero de la Era Primaria) que han experimentado un lento proceso de fosilización a causa de la acción de microorganismos, el calor y la presión. Durante ese larguísimo periodo de tiempo fue aumentando progresivamente su contenido en carbono, puesto que éste permanece, mientras el resto de elementos (O, H) van desapareciendo. Esto da lugar a diferentes tipos de carbón: Antracita: 90% de contenido en C; es el carbón más antiguo, el de mayor contenido en carbono y por tanto el de mayor poder calorífico. Es de color negro, y es muy duro y compacto lo que dificulta su combustión. Hulla: 80% de contenido en C; es un mineral poroso que presenta buenas características combustibles, siendo por ello el carbón de mayor importancia económica. Lignito: 70% de contenido en C; tiene un alto grado de impurezas y por tanto menor poder calorífico. Tiene un aspecto leñoso de color pardo. Turba: menos del 50% de contenido en C; es el carbón de más reciente formación, el de mayor contenido en impurezas y humedad y por tanto el de menor poder calorífico, reduciéndose su uso a combustible para chimeneas y calefacciones. EXTRACCIÓN DEL CARBÓN Antes de proceder a la extracción de carbón hay que llevar a cabo un estudio geológico del terreno. Se realizan prospecciones y se extraen muestras que permitirán hacer una previsión de las reservas existentes y de los obstáculos que se encontrarán durante la extracción. La franja de tierra en la que se encuentra el carbón se denomina veta. El carbón se extrae de las minas. Una mina es una zona superficial o subterránea de la que se extraen minerales y que cuenta con instalaciones y aparatos diseñados para tal fin. Dentro de las minas de carbón se distinguen los siguientes tipos: Minas a cielo abierto: en este tipo de minas las capas de suelo que se encuentran por encima del carbón son retiradas quedando éste al descubierto. Posteriormente grandes excavadoras van extrayendo el carbón y metiéndolo en camiones. Minas subterráneas: cuando el mineral se encuentra a gran profundidad es necesario cavar pozos hasta llegar a la veta y galerías que transcurren paralelas a la misma para extraer la masa de carbón. Para facilitar la ventilación de la misma es necesario también fabricar pozos de ventilación intercomunicados con el sistema de galerías. 1
PRINCIPALES APLICACIONES DEL CARBÓN Combustible para centrales térmicas Carbón de coque para los altos hornos Amoniaco Grafito Alquitranes Gas ciudad Materia prima para la obtención de productos químicos EL PETRÓLEO Es un líquido de color oscuro, aspecto oleoso y 0,8-0,9 gr/cm 3 de densidad que se ha originado por acumulación de restos vegetales y animales en los fondos marinos. Está formado por una mezcla de hidrocarburos, agua e impurezas minerales (S, N, O, Si, Mg ). La naturaleza y proporción de sus componentes determinan sus propiedades que influirán en sus productos derivados. EXTRACCIÓN PETRÓLEO Y TRANSPORTE DEL Aunque puede haber afloraciones en superficie, el general el petróleo se encuentra a grandes profundidades (900-5000m). Se encuentra retenido en los poros de algunas rocas sedimentarias (calizas). En la parte inferior del yacimiento suele haber una capa de agua salada y gas en la parte superior. Por último el yacimiento está protegido por dos capas, inferior y superior, de rocas Los diferentes métodos de extracción son: Extracción primaria: cuando se perfora el yacimiento, la diferencia de presión provoca la ascensión del petróleo a la superficie. Este método se emplea al comenzar la extracción del combustible pero supone desaprovechar una gran cantidad pues el crudo sólo asciende hasta que se igualan las presiones. Extracción secundaria: se extrae mediante bombeo; en ocasiones se aumenta la presión en el pozo con el fin de facilitar la extracción, para lo cual se inyecta agua a presión o gas natural. El petróleo extraído, antes de ser tratado, se denomina crudo. En muchas ocasiones los yacimientos petrolíferos se encuentran en los fondos marinos y para su explotación se emplean plataformas flotantes móviles en las que se utilizan los métodos de extracción descritos. Los yacimientos petrolíferos suelen encontrarse en lugares muy localizados y casi siempre lejos de las zonas de consumo. Esto implica la necesidad de transportar el petróleo grandes distancias hasta las refinerías. Para su transporte se utilizan dos medios de transporte: - Transporte marítimo: para transportar el petróleo por mar se utilizan grandes barcos petroleros. Los grandes superpetroleros son capaces de transportar hasta 500.000 Tn. Sin embargo debido a los riesgos económicos y medioambientales su tamaño se ha reducido en la actualidad, aunque sigue siendo el medio más utilizado para el transporte de petróleo a grandes distancias. 2
- Transporte terrestre: el método utilizado es el oleoducto. Éste consiste en un sistema de tuberías de acero conectadas entre sí, de diámetro y longitud variable, y normalmente cubiertas de material aislante. Este tipo de transporte requiere sistemas de bombeo que permitan el movimiento del crudo. DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO El petróleo no es utilizado directamente, sino que se requiere una serie de transformaciones antes de su consumo final. Estos procesos se llevan a cabo en las refinerías. El más importante es el proceso de destilación que permite obtener los diferentes tipos de hidrocarburos que lo componen. La técnica de destilación consiste en calentar el crudo hasta su evaporación y seguidamente se va enfriando progresivamente. Cada componente del petróleo tiene una temperatura de condensación diferente, que depende de su peso (y a su vez del número de átomos de C que contienen las cadenas de hidrocarburos); así cuanto más ligero es el hidrocarburo más baja es su temperatura de evaporación. De esta forma se van obteniendo y separando cada uno de los componentes del petróleo a medida que va bajando la temperatura. El proceso se realiza en la torre de destilación: el crudo se calienta en la base de la torre hasta unos 360ºC, los gases producidos se elevan por la misma, enfriándose a medida que van ascendiendo; en la parte superior se condensan las fracciones más ligeras (propano, butano) que tienen la temperatura de evaporación más baja (de hecho son gaseosos incluso a temperatura ambiente); a los largo de la torre, a diferentes temperaturas, van condensando los demás productos, obteniéndose por último en la parte inferior de la torre los productos más pesados (alquitrán). Como algunos componentes tienen puntos de evaporación muy parecidos en la práctica es necesario repetir el proceso de destilación varias veces, de forma que el crudo pasa por sucesivas torres de destilación, por lo que el proceso recibe el nombre de destilación fraccionada o múltiple. En las refinerías se llevan a cabo también otros procesos entre los que destaca el craqueado: es un proceso mediante el cual se transforman fracciones pesadas en fracciones ligeras. Se basa en calentar los hidrocarburos por encima de sus temperaturas de ebullición, de forma que se rompan las grandes moléculas orgánicas para conseguir otras más pequeñas. Habitualmente se utiliza con las naftas para obtener gasolinas o GLPs. PRODUCTOS Y APLICACIONES DEL PETRÓLEO Los principales productos derivados del petróleo son: - Productos ligeros: - Gases licuados del petróleo (GLPs): butano y propano; se utilizan como combustible para calefacciones y cocinas. - Gasolinas: combustible para motores de explosión - Naftas: principal materia prima de la industria petroquímica (plásticos, pinturas, fibras sintéticas, detergentes, fertilizantes, medicamentos ) 3
- Productos medios: - Gasóleos: combustible para motores diesel - Querosenos: combustible para motores a reacción (aviones) - Productos pesados: - Fuel: combustible para centrales térmicas - Aceites (lubricantes) y alquitranes EL GAS NATURAL El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos aunque el componente mayoritario es el metano. La cantidad de metano que contenga determina su poder calorífico. Su origen es semejante al de petróleo. EXTRACCIÓN Y TRANSPORTE DEL GAS NATURAL El gas natural puede encontrarse en dos situaciones, que van a determinar el tipo de extracción: - Como elemento único en el yacimiento: es la forma más común, de modo que el 70% del gas extraído es de este tipo. La extracción del gas natural tiene menos problemas que la del petróleo, ya que el gas natural tiende a subir hacia la atmósfera. Solo se necesita hacer una perforación e introducir tuberías que conduzcan el gas hacia la superficie donde será recogido. - Con petróleo: puede encontrarse mezclado con él o formando una capa por encima de éste. El gas mezclado con el petróleo se considera un subproducto de éste y en otros tiempos era quemado o liberado a la atmósfera, lo que supone un enorme despilfarro energético. En la actualidad lo normal es que sea utilizado, bien reinyectándolo en el yacimiento para favorecer al extracción del petróleo o se recupera para su uso directo. Una vez obtenido el gas natural debe ser transportado hasta los lugares de consumo a través de los siguientes métodos: Por tierra: se realiza mediante gasoductos, que son un conjunto de tuberías a través de las cuales se hace circular el gas a presión. Por mar: el transporte es más complicado por el gran volumen que ocupa el gas. Para hacer rentable este tipo de transporte es necesario licuarlo (su volumen se reduce unas 600 veces). Esta operación se realiza bajando la temperatura (-160ºC) y es necesario utilizar barcos especializados llamados metaneros. Al llegar al puerto es necesario hacer una regasificación disminuyendo la presión y aumentando la temperatura. PRINCIPALES APLICACIONES DEL GAS NATURAL Combustible para centrales térmicas Combustible para instalaciones domésticas de calefacción y agua caliente Materia prima para la obtención de productos químicos 4
IMPACTO AMBIENTAL DE LOS COMBUTIBLES FÓSILES El proceso de combustión de los combustibles fósiles genera sobre el medio ambiente diversos efectos nocivos: 1.- Repercusiones sobre el suelo: Debidas a la extracción recursos mediante minas y pozos (erosión del suelo, destrucción del paisaje) y a la construcción de instalaciones e infraestructuras (alteración del ecosistema, ocupación de espacio, desplazamientos de tierras...) 2.- Repercusiones sobre el agua: Las actividades de explotación de minas de carbón y las refinerías provocan la contaminación de las aguas circundantes. Asimismo los accidentes de buques petroleros provocan al destrucción de ecosistemas marinos. 3.- Repercusiones sobre la atmósfera: La contaminación atmosférica consiste en la presencia en el aire de sustancias que alteran la calidad del mismo. La combustión de los diferentes combustibles fósiles provoca la emisión a la atmósfera de gran número de compuestos: CO2, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos inquemados, partículas y cenizas, etc. La presencia de estas sustancias en la atmósfera puede dar lugar a ciertos fenómenos: a) Efecto invernadero: debido sobre todo a la acumulación de CO 2. Éste actúa como pantalla de los rayos solares reteniendo la radiación recibida, con lo cual se produce un efecto de calentamiento global que provoca cambios climáticos. b) Lluvia ácida: este fenómeno es debido principalmente a las emisiones de óxidos de azufre y de nitrógeno. Estas sustancias reaccionan con el vapor de agua de la atmósfera, transformándose en ácido sulfúrico y nítrico, que caen luego a la tierra en forma de lluvia. c) Smog fotoquímico: este fenómeno consiste en la formación de nieblas de sustancias contaminantes, características de las grandes ciudades y zonas industriales. Estas nieblas están formadas por partículas, CO2, CO, SO 2, NO3, etc. Producen efectos nocivos sobre la salud humana (problemas respiratorios y visuales) y el medio ambiente (dificultan la fotosíntesis). d) Destrucción de la capa de ozono: los óxidos de azufre y de nitrógeno contribuyen a al destrucción de la capa de ozono que rodea la Tierra y protege la superficie del planeta de la radiación ultravioleta 5