LOS COMBUSTIBLES FÓSILES, Petróleo, Gas y Carbón

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS COMBUSTIBLES FÓSILES MAS USADOS

El Petróleo en
Argentina

 

 

 

 

Carbón y Petróleo

Petróleo en el Planeta

Energía Nuclear

El Biocombustible

Explotación del Carbón

El Proyecto Bergius


Los Combustibles Fósiles
Se llaman combustibles fósiles a aquellas materias primas emplea en combustión que se han formado a partir de las plantas y otros organismos vivos que existieron en tiempos remotos en la Tierra. El carbón en todas sus variedades, el petróleo y el gas natural son por distintas de presentarse estos productos.

El carbón, el lignito y la turba, por ejemplo, tienen su origen en los restos oceánicos de árboles y plantas de bosques que se hundieron en el agua de pantanos, se pudrieron como consecuencia de la acción del agua y las bacterias, se fueron cubriendo poco a poco de capas sucesivas de fangos que solidificaron y se convirtieron en rocas. El petróleo, por su parte, procede probablemente de la composición bacteriana de restos animales y vegetales (principalmente plancton) en grasas, que existían en las proximidades de lagos y mares.

Al depositarse en el fondo de éstos, o al ser cubiertos por las aguas, lo fueron también por capas de sedimentos, descomponiéndose y dando origen a productos combustibles en estado liquido, como el petróleo o el gas natural. El carbón, el petróleo y el gas natural son compuestos orgánicos, formados fundamentalmente por hidrocarburos. A partir de ellos se obtienen otros combustibles derivados y subproductos que son luego empleados como materias primas en diversos procesos químicos orgánicos.

¿Pero qué son los combustibles fósiles? ¿Cómo se originaron?
Los combustibles fósiles -es decir, el gas natural, el carbón y el petróleo- se llaman así porque están compuestos por restos de organismos que vivieron en nuestro planeta hace millones de años. Estos materiales se encuentran en la corteza terrestre en cantidades limitadas y, por lo tanto, son considerados recursos no renovables.
Desde el punto de vista químico, el carbón está formado sobre todo por una variedad alotrópica del carbono, el grafito, (posee también cantidades significativas de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre), mientras que el gas natural y el petróleo son mezclas de hidrocarburos, o sea, compuestos que poseen átomos de carbono y de hidrógeno. A modo de síntesis, puede decirse que estas sustancias almacenan en sus uniones la energía proveniente del Sol. ¿Porqué? Mediante el aprovechamiento de la energía solar, los organismos fotosintéticos consiguen sintetizar materia orgánica a partir de otros compuestos: agua y dióxido de carbono. Durante millones de años, la materia orgánica se almacenó en las cuencas de sedimentación, en ambientes caracterizados por la lenta degradación y el escaso nivel del oxígeno como los pantanos, los lagos y los ambientes litorales. Al depositarse nuevos sedimentos, se dieron condiciones de elevadas temperaturas y presiones, capaces de convertir la materia orgánica en hidrocarburos o en carbón mineral.

Carbón y sus derivados

Posiblemente 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.

Carbon Natural

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.

 

Gas natural y sus derivados

El gas natural se halla en yacimientos aislados y, en ocasiones, junto al petróleo. Contiene volátiles de bajo peso molecular (hasta ocho átomos de carbono) y, en líneas generales tiene la siguiente composición: metano: 80%; etano: 13%; propano: 3%; butano: 1 %; alcanos C5 a C8: 0,5%; nitrógeno: 2,5%; CO2,  H2, He: el resto. De esa mezcla de gases se suelen separar, por licuación, los hidrocarburos de tres carbonos en adelante, que son envasados a presión y empleados como combustible, como el propano o el butano. La fracción gaseosa del metano y el etano es distribuida a través de gasoductos y es lo que se conoce en la práctica como el gas natural, utilizado, por ejemplo, en las calefacciones.

Planta de gas natural para calefacción hogareña

El petróleo y sus derivados

El 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:

  Fracción N°. de Carbonos Aplicación  
  Gases <30 Combustible, 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

Gasolina

La 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.

Horno y materia prima para la elaboración del carbón vegetal

PARA SABER MAS...
UN POCO DE HISTORIA:
La necesidad de encontrar un sustituto basado en el carbón para el petróleo como materia prima de la nafta impulsó el avance de la investigación química en la Alemania de entreguerras. En 1925 se presentaron dos métodos distintos.

A principios de 1912, el químico alemán Friedrich Bergius ya había obtenido nafta directamente del carbón tratándolo con hidrógeno. Pero empleó doce años en adaptar su método de hidrogenación a las aplicaciones industriales. Por entonces, otros dos químicos alemanes, Franz Fischer y Hans Tropsch, habían descubierto con otro método, menos directo, para sintetizar petróleo líquido a partir de monóxido de carbono e hidrógeno.

La nueva tecnología se difundió rápidamente por todo el mundo. Al cabo de unos años Japón, Inglaterra y Francia usaron combustibles sintéticos. Sin embargo, Alemania conservó su primacía; a principios de los años cuarenta estaban en funcionamiento doce plantas de combustible Oa mayoría utilizaban el proceso Fischer-Tropsch) para satisfacer las demandas de la guerra.

Finalmente, el proceso Bergius fue considerado el mejor para la producción de nafta mientras que el método Fischer-Tropsch era más eficiente para sintetizar metano y otros elementos químicos. La Segunda Guerra Mundial aumentó el interés internacional por el combustible sintético, sobre todo en Europa, que carecía de las grandes reservas petrolíferas de EE. UU. Sin embargo, en los años cincuenta, con la apertura de Oriente Medio como fuente abundante de crudo barato, la necesidad de alternativas empezó a parecer menos urgente.

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