COMBUSTIBLES FÓSILES

Combustibles fosiles

• CARBÓN
• PETROLEO
• GAS NATURAL

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El carbón

La palabra carbón se aplica a la materia sólida, ligera, negra y muy combustible, compuesta fundamentalmente por carbono y otros elementos químicos, como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, etc...

Origen, composición y tipos

Carbones Artificiales

Carbón de coque

Carbón vegetal

Carbón mineral

Se obtiene quemando madera, apilada en montones que se recubren generalmente de barro para evitar el contacto directo con el aire, formando así lo que se conoce con el nombre de "carbonera", y, de esta manera, conseguir que la combustión Se ha utilizado en calefacciones pero, como supone un impacto ambiental grande, solo se usa hoy en día para las barbacoas.

Se obtiene de la destilación seca del carbón de hulla y se utiliza principalmente como combustible y reductor de óxidos metálicos en el alto horno para la obtención del acero a partir del mineral de hierro. Este tipo de carbón debe ser poroso para permitir el paso del aire; y resistente, para poder soportar altas presiones.

Procede de la transformación de grandes masas de vegetación que quedaron sepultadas y sufrieron un proceso de carbonización total o parcial. Según la naturaleza de los vegetales y su antigüedad, el carbón presenta una composición diferente. Tipos:

Tipos

Aplicaciones del carbón

Producción de electricidad en centrales térmicas clásicas

Obtención de productos industriales

Fabricación de carbón de coque

Se emplea para la fabricación del acero, proceso en que este carbón realiza dos funciones vitales

Los más importantes son

Descripción

Generan energía a partir de la combustión de carbón, fuelóleo o gas en una caldera diseñada al efecto. Independientemente de cuál sea el combustible fósil que se use, el esquema de funcionamiento es muy similar. Las únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento.

a) Servir como combustible para fundir el mineral de hierro. b) Emitir gases que reaccionen con los óxidos ferrosos para transformarlos en hierro. Este proceso recibe el nombre de reducción, que es el efecto contrario a la oxidación. El procedimiento para obtenerlo se muestra en el siguiente video.

Sectorización del consumo de carbón

Las reservas de carbón se estiman en 4300 millones de toneladas. El 82% de los recursos carboníferos de España están concentrados en León con un 35%, Asturias con el 30% y Teruel con el último 17%. El consumo de carbón en España durante el año 2022 fue de 4 millones de toneladas, siguiendo la tendencia a la baja de los últimos años.

Transporte y distribución del carbón

El carbón era fácilmente transportable al ser sólido y tener una elevada densidad energética, aunque resultaba caro pues los medios de transporte de la época (principios de la revolución industrial) eran muy limitados y por ello la mayoría de fábricas necesitadas de carbón en abundancia solían concentrarse en las cuencas hulleras. El transporte por carretera era el principal medio de transporte hasta la aparición del ferrocarril aunque recuperó cierta pujanza debido al automóvil. Para ello, tuvo que experimentar transformaciones cada vez más complejas. La carretera es el mejor medio de transporte para la distribución local de mercancías, para el transporte rural, pequeñas cantidades de mercancías (10 - 20 t), transportes de puerta a puerta, como complemento del ferrocarril (del lugar de origen a la estación y de la estación al lugar de destino), etc.

Carbón y medioambiente

a) Impacto medioambiental: Las mayores repercusiones de la combustión de carbón son las emisiones de SOx y NOx, partículas sólidas, hidrocarburos y carbono. El problema es que si dichos gases no son absorbidos naturalmente, ocasionan un cambio de las proporciones en el aire originando estos efectos:

• Efecto invernadero
• Lluvia ácida
• Pérdida de parte del manto fértil del suelo
• Contaminación de ríos
• Deterioro del patrimonio arquitectónico: Los gases producidos por la combustión de carbón atacan la piedra, poniendo en peligro su conservación.

b) Tratamiento de residuos: Tanto la obtención de carbón produce residuos, los cuales deben aminorarse y tratarse. Alrededor de la mina se suelen generar aguas ácidas por la oxidación de piritas y sulfuros. Los métodos de prevención intentan evitar la oxidación de estos compuestos a través de 3 técnicas: barreras aislantes, métodos químicos e inhibición bacteriana. Los residuos sólidos originados en la combustión del carbón (cenizas ricas en S) no suelen perjudicar al medioambiente siempre y cuando se depositen en vertederos controlados.

Efecto invernadero

Consiste en un aumento del tanto por ciento de CO2 en la atmósfera. Ello hace que los rayos ultravioletas provenientes del sol entren atravesando el CO2 sin dificultad, pero cuando los rayo reflejados por la tierra, los infrarrojos, intentan salir son absorbidos lo cual causa un aumento progresivo de la temperatura media de la Tierra.

Lluvia ácida

Se genera como consecuencia de la emisión de S y NOx a la atmósfera. Estas emisiones reaccionan con el vapor de agua, gracias a los rayos solares, transformándose en H2SO4 y HNO3, que se precipitan a la tierra en forma de lluvia. A veces, estas precipitaciones ocurren a gran distancia del lugar de la emisión.

Petróleo

El petróleo es un aceite mineral natural constituido principalmente por carbono e hidrógeno, combinados en forma de hidrocarburos, que tiene su origen en los restos de organismos vivos del medio acuático.

Origen del petróleo

La formación del petróleo es análoga a la del carbón. Grandes cantidades de material vegetal y animal (especialmente plancton marino) fueron sepultadas por sedimentos; luego, de manera gradual y en determinadas condiciones de presión y temperatura, se originó el petróleo gracias a dos tipos de descomposición:

• Al principio, a descomposición se llevó a cabo mediante bacterias aerobias.

• Más tarde, a medida que se iban depositando más sedimentos, aparecieron bacterias anaerobias. Estas bacterias convirtieron la materia orgánica en hidrocarburos que se almacenaron en lugares donde la roca era porosa y en cuyo alrededor había roca impermeable (arcilla), que evitaba que, por efecto de la presión de los gases, saliese.

Extracción de petróleo

Para extraer petróleo se usan los pozos petrolíferos. Aunque no es tarea fácil, se necesita personal muy cualificado y equipos muy costosos. Por ello es necesario, antes de proceder, realizar un estudio meticuloso del terreno que consiste en utilizar métodos magnéticos, gravimétricos y sísmicos. Dichos métodos lo que hacen es crear campos de ondas artificiales los cuales, al propagarse por el centro de la tierra, sufren variaciones, y esas variaciones son las que nos dan la información que necesitamos. Una vez localizado el posible pozo petrolero (cosa que no se puede saber con certeza), se procede a la perforación.

Refinerías

El petróleo o crudo no se puede usar tal como está después de ser extraído, antes debe sufrir un proceso de destilación en las refinerías con el objeto de separar los distintos hidrocarburos que lo forman. Estas plataformas industriales funcionan las 24 horas del día.

El crudo está formado por distintos hidrocarburos con diferentes Tas de evaporación, por lo que se pueden separar elevando su Ta y enfriándolo posteriormente. El proceso es el siguiente:

1. Se hace pasar todo el crudo por un horno a una Ta de unos 340ºC, con lo que todo el petróleo se transforma en gas.
2. Este gas se lleva a la parte inferior de la refinería (torre de fraccionamiento). Los gases más ligeros tienden a subir hasta la parte más alta de la torre y los más pesados se condensan en forma líquida a diferentes alturas. La Ta en la parte inferior es más alta que en la parte elevada.

El problema que se presente es la poca diferencia entre las Tas de ebullición de los distintos hidrocarburos que componen el petróleo, que son muy próximas. Para evitar que uno de ellos sea arrastrado por el otro, es necesario destilarlo de nuevo, constituyendo lo que se denomina destilación fraccionada o múltiple del petróleo.

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Craqueo

Refinería descripción

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Características y aplicaciones de los hidrocarburos líquidos sólidos y gaseosos

Impacto medioambiental del petróleo

Los efectos son muy similares a los del carbón (diapositiva número 11) y se he han aplicado diversas medidas para reducir el impacto:

• Utilización de gasolina sin plomo. Con ello se reduce la polución por gases a niveles muy bajos, así como la emisión de partículas de plomo, gracias a los catalizadores de los vehículos.
• Uso de gasóleos libres de azufre.
• Sustitución de instalaciones de gasóleo y fuelóleo por otras de gas natural.

Uno de los mayores problemas se origina en el transporte, como la demanda es tan grandes, aunque hayan caminos terrestres y oleoductos, se necesita utilizar el mar como medio, ¿cuál es el dilema? Las costas de todos los países del mundo han sufrido desastres ecológicos derivados de accidentes marítimos, como el vertido del petrolero Prestige en las costas gallegas en 2002.

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Transporte y distribución del petróleo

Oleoductos

Grandes buques petroleros

Para el transporte a los puntos de refino y consumo, en la mayoría de los casos, las distancias son considerables y, con objeto de abaratar costos, se utilizan en la práctica dos formas para este traslado

Gases licuados del petróleo: GLP

Gas Natural

Los últimos productos que se obtienen en la destilación fraccionada del petróleo son gaseosos, a la Tª y presión ambientales. En la industria se los conoce como GLP, ya que se comercializan envasados en recipientes de alta presión, a la que son líquidos.

Su hallazgo y extracción sigue procesos semejantes a los del petróleo, cuando se localiza una bolsa, se estudia el volumen, sus características y la forma idónea de distribuirlo a las zonas de consumo. Antes de emplearlo, sufre un tratamiento con el fin de eliminar las impurezas que contiene y, prácticamente, queda CH4 puro, cuya combustión es poco contaminante pues está libre de azufre.

Transporte y distribución de los combustiblesgaseosos

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Hubo ciertas dificultades en su transporte al principio pero se solucionaron en gran medida mediante la construcción de gaseoductos y al desarrollo de las técnicas actuales de licuefacción de gases, con las que se consigue comprimir el gas hasta transformarlo en líquido, lo que permite almacenarlo en grandes depósitos o bombonas. La tecnología que permite alcanzar Tas por debajo de los -200ºC se denomina criogenética. En algunas situaciones, para afrontar los problemas de abastecimiento se plantea la posibilidad de almacenamientos subterráneos estratégicos, así como conectar la red de gaseoductos española con la europea. La distribución se realiza de dos formas:

Barcos

Gasoductos

Entre estos productos se encuentran

Gas butano

Gas propano

¿Cómo depender menos del petróleo?

Aunque el petróleo forme parte de nuestras vidas casi totalmente, reducir nuestra dependencia en él es esencial para abordar los desafíos ambientales, económicos y de seguridad energética. Algunas formas para hacerlo que se me ocurren, a parte de la típicas "Hay que promover un mayor uso de energías renovables", son:

Economía circular: Fomentar la reutilización, reciclaje y reducción de residuos para reducir la necesidad de materias primas, incluido el petróleo, en la fabricación de productos.

Planificación urbana sostenible: Desarrollo de ciudades compactas con una buena planificación urbana, lo que reduce la necesidad de largos desplazamientos y promueve la movilidad sostenible.

Educación y concienciación: Educar a la población sobre la importancia de reducir la dependencia del petróleo y promover prácticas más sostenibles en su vida diaria.

Transporte público eficiente: Mejora la eficiencia y la cobertura del transporte público para reducir la necesidad de vehículos individuales y reducir la demanda de petróleo.

Apoyo a la investigación y desarrollo: Invierte en investigación y desarrollo de tecnologías limpias y sostenibles para acelerar la transición lejos del petróleo.

¿Cómo podemos reducir las emisiones de CO2?

El CO2 es tan tóxico para el ser humano como para la mayoría de mamíferos en la Tierra, sin embargo sus emisiones siguen aumentando. A mí se me han ocurrido diversas opciones para frenar este problema y llegar a reducirlo:

Transporte Sostenible: Promover el uso de vehículos eléctricos, híbridos y de bajas emisiones, e invertir en transporte público eficiente y opciones de movilidad compartida.

Energía Nuclear: Se considera a la energía nuclear como una fuente de energía baja en carbono, aunque con desafíos relacionados con la seguridad y los residuos nucleares.

Políticas de Conservación de Suelos: Implementa prácticas agrícolas y de gestión de tierras que conserven la salud del suelo y eviten la erosión, lo que puede liberar carbono en la atmórsfera.

Bosques Urbanos: Planta árboles y fomenta la creación de áreas verdes en áreas urbanas, lo que ayuda a absorber el CO2 y proporciona sombra y beneficios para la calidad del aire.

Realizado por : IRENE ALCAZAR FUOLI. 2023

Tratamiento de residuos

Los productos petrolíferos tienen muy pocos residuos. Solo cuando se está refinando el petróleo se producen residuos gaseosos (metano + etano), los cuales dada su dificultad para licuarlos (ya que ello exigiría altísimas presiones, peligrosas a la hora de manipular los contenedores), son quemados en la propia refinería. En esta combustión emiten monóxido y dióxido de carbono a la atmósfera.

La mayor parte del gas se distribuye de esta forma desde los yacimientos hasta los puntos de consumo. Se trata de canalizaciones por las que circula el gas en estado gaseoso a alta presión (más de 16 bares) hasta los centros de suministro, donde se reduce la presión para su correcto uso, ya sea de tipo industrial o doméstico. Los costes de transporte representan el triple que los del petróleo.

Los buques petroleros disponen de capacidades de capacidades que superan los 0,1 Gkg y llegan incluso a los 0,5 Gkg. Tienen su espacio de carga dividido, mediante tabiques longitudinales y transversales, en una serie de tanques separados. Por motivos de seguridad y de construcción, las salas de máquinas, bombas y camarotes de la tripulación están agrupados en la popa. La sala de máquinas está separada de la zona de carga, compuesta por unos tanques que están distribuidos a lo largo de la eslora del barco y separados por unos compartimentos vacíos. Se emplean también barcos y embarcaciones cisterna más pequeños.

Para transportar el gas a través del océano, se licúa a muy baja Tª y a alta presión (como el gas de un mechero: -82ºC y 45 atm). Con ello se reduce su volumen unas seiscientas veces. Seguidamente, se introduce en los tanques del barco y se transporta al país consumidor, donde se almacena, regasifica y se distribuye mediante gasoductos o tuberías de baja presión, si el lugar de consumo está próximo a la planta gasificadora. Estos barcos se llaman metaneros.

En la foto se puede observar la forma interna de la torre de destilación o fraccionamiento. Los gases que ascienden burbujean en el líquido que llena las bandejas o los platillos. Este líquido es más ligero cuanto más alto esté el platillo y, al aumentar su nivel en cada platillo, pasa por el rebosadero y cae en el platillo inferior. Pero al encontrarse con los gases calientes ascendentes, se vaporiza de nuevo en parte, y poco a poco, de escalón en escalón, vuelve a ascender hasta alcanzar la sección de la torre que tiene la Tª correspondiente a la suya de condensación. Allí, estos gases ascendentes se licúan y salen al exterior de la torre mediante los conductos adecuados.

Tiene un Pcalorífico = 24000 kcal/m3 y se comercializa en bombonas de acero de dos tamaños, que pueden contener 11 o 35 kg. También se almacenan en grandes tanques fijos que suministran el gas a viviendas o industrias. Estos tanques se recargan periódicamente mediante camiones cisterna.

Tiene un Pc, algo mayor al del propano, = 28 500 kcal/m3 y se comercializa en bombonas de 5 a 12,5 kg.

Los impactos socioeconómicos y medioambientales recaían en estas mismas zonas que disponían de las fuentes enérgeticas y también sobre las áreas que las habían importado. El transporte de carbón obligaba a construir cruciales infraestructuras en puertos y vías férreas. Actualmente en EE.UU., el carbón se transporta por grandes tuberías.

Los oleoductos o pipelines son conductos compuestos por tubos soldados de un diámetro aproximado de 80 cm, por los que circula el líquido impulsado por unas potentes bombas que trasladan el crudo desde el lugar de la extracción hasta los puertos donde se cargan los barcos petroleros o, incluso, hasta las refinerías a través de unas estaciones intercaladas. El país con más oleoductos es E.E.U.U., con una red de oleoductos de más de 300 000 km de longitud. Otros oleoductos importantes son los que enlazan Irak y el golfo Pérsico con el Mar Mediterráneo, como el TAP (Trans-Arabian Pipeline) que mide 1800 km. En España destacan el oleoducto Rota-Zaragoza, de 776 km, y el Málaga-Puertollano, de 165 km.

Cuando la necesidad de un producto es mayor a la de otro (como el caso de la gasolina, que tiene más demanda el alquitrán), para evitar almacenamientos excesivos, se recurre a un proceso denominado "craqueo" (cracking).El craqueo consiste en calentar un hidrocarburo por encima de su Ta de ebullición con objeto de romper las moléculas complejas (por agitación térmica) y obtener otras de menor peso molecular que coincidan con las de los hidrocarburos de mayor demanda

Cracking