Autores: Fernando Palacios, Juan Gherzzinich, Betsy Ramirez, Valeria Guerrero, Fabrizio Llave
Introducción
Los combustibles fósiles vienen a ser materia orgánica proveniente de microorganismos, plantas, algas, etc. La existencia de los combustibles fósiles data de hace miles de años. Los más representativos son el petróleo, gas natural y carbón. Sin embargo, fue a partir de la revolución industrial que se llegaron a utilizar en cantidades masivas. En el presente informe se desarrolla las características principales e impactos más relevantes de las tres principales fuentes de energía: Carbón, petróleo y gas natural.
- Carbón
El carbón es una roca sedimentaria compuesta por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias (hidrógeno, azufre, entre otros) y formada por acumulación de restos vegetales en zonas con grandes cantidades de agua. Es el combustible fósil más abundante de la Tierra.
El origen del carbón actual comenzó durante el periodo carbonífero, conocido también como la primera edad del carbón (entre 290 y 360 millones de años atrás, aproximadamente). Cuando los grandes bosques del periodo carbonífero morían, restos de hojas, madera, cortezas, etc. se acumulaban en el suelo y eran enterrados por los movimientos tectónicos y con la acción compuesta de la temperatura y la presión, los restos orgánicos se convirtieron en carbón.
1.1 Tipos de carbón:
Según las presiones y temperaturas que los hayan formado, existen 4 tipos de carbón. Cuanto más altas son la temperatura y la presión, se obtiene un carbón más compacto, rico en carbono y con mayor poder calorífico.
– Turba: Es el de peor calidad, está compuesto en un 55% de carbono. Es la primera etapa de la transformación del tejido vegetal en carbono. Su poder calorífico es de 21.3MJ/kg. Se usa en jardinería para mejorar los suelos por su alta capacidad de retener el agua.
– Lignita: Se forma cuando la turba se va comprimiendo. Es de color negro y tiene un porcentaje de carbono entre el 60% y el 75%. Es un combustible de calidad media que se usa para generar electricidad, su poder calorífico es de 28.4 MJ/kg.
– Hulla: La hulla contiene entre el 75% y el 85% en carbono y es duro, negro, opaco y graso. Se forma cuando se comprimen las capas de lignito en la era primaria y es el tipo de carbón más abundante. Tiene un alto poder calorífico, (30.6MJ/kg) y es por eso que se usa en las centrales térmicas en la producción de electricidad.
– Antracita: Se origina de la transformación de la hulla. Es el mejor de todos los tipos de carbono por su alto contenido de carbono (75%-95%) y su alta capacidad calorífica (34.3MJ/kg). Se usa en las calderas de calefacción en las viviendas y para generar electricidad.
1.2 Aplicaciones
El carbón se usa en la generación de energía eléctrica en las centrales térmicas de carbón pulverizado, que constituye la primera fuente de energía eléctrica en el mundo. Además, el coque (derivado del carbón) es utilizado como combustible y reductor. Por otro lado, en la siderurgia se mezcla el hierro con el carbón para obtener mayor resistencia y elasticidad.
1.3 Impacto Ambiental
En el proceso de uso del carbón se producen grandes daños ambientales, ya que al quemarlo se liberan grandes cantidades de gases responsables de efectos nocivos como la lluvia ácida, el efecto invernadero, la formación de smog, etc. Si se usa carbón de mala calidad el daño es mayor, porque las impurezas se convierten en óxido de azufre y otros gases tóxicos. Todo esto aparte del daño ecológico que se hace en la extracción del mineral.
- Petróleo
El petróleo es un recurso fósil que se origina por la descomposición de materiales orgánicos a través de millones de años. Este ha sido utilizado durante décadas en diferentes actividades pero fue en el siglo xx con el “boom” de la industrialización que se convirtió en recurso primario desplazando así al carbón.
Este es un líquido natural oleaginoso e inflamable, compuesto principalmente por carbono e hidrógeno (hidrocarburos) y menores cantidades de oxígeno (5%), azufre (10%) y nitrógeno (1%).
Se presentan en la naturaleza, en lechos geológicos continentales o marítimos, ya sea en estado sólido, líquido, o gaseoso. Estas tres fases pueden pasar de una a otra por efecto de cambio de presión y temperatura. A su vez, es un recurso no renovable.
2.1 Extracción
La extracción, producción o explotación del petróleo se hace de acuerdo con las características propias de cada yacimiento. Para poner un pozo a producir se baja una especie de cañón y se perfora la tubería de revestimiento a la altura de las formaciones donde se encuentra el yacimiento. El petróleo fluye por esos orificios hacia el pozo y se extrae mediante una tubería de menor diámetro, conocida como “tubería de producción”.
2.2 Aplicaciones
Sus aplicaciones son diversas, con las tecnologías que se tienen hoy en día no solo se usa como combustible, también se pueden producir una innumerable cantidad de productos con este.
Su principal aplicación se da como producto energético o combustible en el transporte, la electricidad, la agricultura, las industrias y otros usos domésticos. Según los procesos que se realice y los componentes que se le agreguen se puede obtener gasolina, querosene, diesel, entre otros para el uso de fuente de energía.
A través de procesos de refinación, se utiliza como materia prima de las industrias petroquímicas, con estas se obtienen productos como pintura, insecticidas, plásticos, acrílicos, caucho, entre muchos más componentes. Con ello se puede decir que la gran mayoría de cosas que nos rodean diariamente son derivadas directa o indirectamente del petróleo.
2.3 Impacto Ambiental
Aunque el petróleo ha brindado muchos beneficios en la cotidianidad, también ha originado mayores contaminantes al medio ambiente. Su impacto ha tenido efecto en los suelos, mares, aire y fauna que rodea al planeta. Las consecuencias han sido producidas desde la explotación de este recurso hasta sus derivados.
Su explotación en mares y tierras suele liberar contaminantes, muchas veces se producen derrames en estos sectores que producen efectos negativos en la fauna y flora que los rodea. Estos derrames tienen un impacto que puede durar décadas para recuperarse, afectan el desarrollo de las plantas y reduce el aporte de oxígeno y alimentación al ecosistema.
El CO2 es uno de los gases del efecto invernadero que es más emitido por la combustión del petróleo, este se origina por fábricas, transporte e industrias. Estos gases a su vez contribuyen al calentamiento global, uno de los mayores problemas ambientales que está padeciendo el planeta, el aumento de temperatura produce deshielo de glaciares, sequías, entre otros fenómenos ambientales.
Si bien el plástico no es directamente petróleo, también ha producido un gran impacto ambiental. La polución de este se produce a partir del consumismo que se está teniendo por el material, los objetos son tirados a mares y ríos ocasionando daños a la fauna, además, tarda años en deteriorarse.
- Gas Natural:
El gas natural es un hidrocarburo formado principalmente por metano gaseosos que se logra encontrar en yacimientos fósiles debido a la descomposición de restos orgánicos de hace millones de años, aunque también suele contener una proporción variable de nitrógeno, etano, CO2, H2O, butano, propano, mercaptanos y trazas de hidrocarburos más pesados. Sin embargo, la densidad de los elementos depende del yacimiento que se encuentra. Esta composición hace que el gas natural sea un combustible más limpio que los derivados del petróleo. Una vez extraídos de sus reservorios se someten a un proceso de separación para obtener gas natural seco (metano y etano), líquidos del gas natural (propano, etano y otros gases más pesados) y otros componentes como el azufre que son considerados como impurezas. El metano es un átomo de carbono unido a cuatro de hidrógeno (CH4) y puede constituir hasta el 97% del gas natural.
3.1 Características
- El gas natural se consume tal y como se encuentra en la naturaleza. Desde que se extrae de los yacimientos hasta que llega a los hogares y puntos de consumo, el gas natural no pasa por ningún proceso de transformación.
- La estructura molecular más simple del gas natural facilita que se combustione limpiamente, por ello su combustión no produce partículas sólidas ni azufre.
- El gas natural es una de las fuentes de energía fósiles más limpia ya que es la que emite menos gases contaminantes (SO2, CO2, NOx y CH4) por unidad de energía producida.
3.2 Usos
El GN se ha utilizado de dos maneras: como fuente de energía (uso energético) y como materia prima, como por ejemplo en la industria petroquímica (uso no energético).
Uso energético: El GN comercial es una mezcla de hidrocarburos simples que se encuentra en estado gaseoso y está compuesta, aproximadamente, por 95% de metano (CH4 ), la molécula más simple de los hidrocarburos. Es una de las fuentes de energía más limpias y respetuosas con el medio ambiente, ya que contiene menos dióxido de carbono y produce menores emisiones a la atmósfera. Es, además, económica y eficaz, una alternativa segura y versátil, capaz de satisfacer la demanda energética. Tiene también aplicaciones diversas: cocción de alimentos, calefacción de ambientes, combustibles para motores de combustión interna, etc. Por otro lado, el uso de GN incrementará la seguridad en los hogares al reemplazar al GLP, pues no es tóxico ni corrosivo y en caso de fuga, se disipa rápidamente. Asimismo, tiene menos consecuencias mortales, a diferencia del uso de los combustibles sólidos como la leña, residuos de cultivos y bosta (responsable de la muerte prematura de millones de personas en el mundo). Al no contener azufre ni plomo, su uso representa una disminución de hasta 97% de emisiones contaminantes con respecto a los combustibles líquidos, lo que favorece el cuidado del medio ambiente. El GN es un combustible económico para la generación de electricidad y reducido impacto ambiental. En el sector industrial, reemplaza ventajosamente a otros combustibles, como el carbón o el querosene, siendo ideal para la industria de la cerámica, cemento, fabricación de vidrio, entre otros, que emplean varios tipos de equipos (hornos, secadores y calderas). También brinda beneficios al sector residencial, comercial y de transporte, por ser una fuente de energía más barata y menos contaminante, y representa ahorros significativos frente a los combustibles que habitualmente se utilizan en estos sectores.
Para hablar del poder calorífico del gas natural, primero se definirá qué es y cuál es su utilidad en la química. El poder calorífico de una sustancia o combustible es la cantidad de calor que se genera por kilogramo o por metro cúbico al oxidarse de forma completa. Un ejemplo de esto es la combustión de propano en una reacción de oxidación para formar dióxido de carbono (CO2), agua (H2O), además del calor que desprende:
C2H6 + 3.5O2 –> 2CO2 + 3H2O + calor
Las unidades comúnmente utilizadas son kJ/kg (kiloJoule por kilogramo) y kJ/m^3 (kiloJoule por metro cúbico).
La presencia de agua en los gases resultantes de la combustión condiciona que se definan dos tipos de poder calorífico: Poder calorífico superior y Poder calorífico inferior. Por un lado, el poder calorífico superior (PCS) se define cuando todos los elementos que entran en la reacción de combustión y productos formados son tomados a 0°C. Con esto, se logra obtener que todo el calor del vapor de agua que se forme estará condensado. Es decir, es el calor de combustión que aprovecha la energía de condensación del agua. Por otro lado, el poder calorífico inferior (PCI) se define asumiendo que el vapor de agua contenido por los gases resultantes no se condensa, es decir, que el agua no cambia de fase. En este caso, se usa una parte del calor generado por la reacción para poder condensar el vapor. En otras palabras, es la energía generada por la combustión sin contar la parte generada por el calor latente del vapor de agua. En el caso del gas natural, se sabe que su poder calorífico superior o PCS tiene un valor de 44000 kJ/kg. Mientras que su poder calorífico inferior o PCI es de 39900 kJ/kg.
Uso no energético: El GN también es utilizado como materia prima en la industria petroquímica y para la producción de amoníaco y úrea en la industria del fertilizante. El metano (principal componente del GN) y el etano constituyen la materia base en procesos fundamentales de la petroquímica (producción de hidrógeno, metanol, amoniaco, acetileno, ácido cianhídrico, etc). Todos estos fabricados se consideran punto de partida para obtener una amplia gama de productos comerciales
Gas Natural Comprimido (GNC) Esta tecnología permite almacenar el GN a altas presiones, de manera que puede ser transportado en cisternas a las poblaciones que quedan lejos de un gasoducto y cuando no es viable económicamente la construcción de otro ducto. La presión en la que se debe concentrar el gas varía en cada país; sin embargo, suele estar entre 200 y 250 bar. Los principales procesos de un sistema de transporte y distribución de GNC que moviliza el combustible desde la estación de compresión hasta los consumidores finales (industriales, vehiculares, residenciales y comerciales) son los siguientes: • Compresión del GN en los módulos de transporte. • Carga y descarga de módulos de transporte. • Transporte del gas (en los módulos) hacia el centro de consumo. • Entrega del GNC a los usuarios, por ejemplo de GNV. • Retorno de la unidad de transporte a su base de operaciones.
Gas Natural Licuado (GNL) Consiste en el enfriamiento mediante un proceso criogénico a temperaturas cercanas a menos 161°C, hasta el punto en que se condensa en líquido. El volumen obtenido es aproximadamente 600 veces menor que en su forma gaseosa, lo cual hace eficiente su transporte por medio de cisternas. Al igual que el GNC, el uso de la tecnología del GNL es interesante cuando una población está muy alejada del gasoducto y no es económicamente eficiente la construcción de otro ducto exclusivo para su abastecimiento. Por ejemplo, tomar la decisión de realizar el abastecimiento de GNL por transporte marítimo implica la siguiente infraestructura: • Plantas de criogenización, las cuales enfrían el GN a menos 161°C hasta reducir en 600 veces su volumen y lo convierten en líquido. • El servicio de buques metaneros, los cuales cuentan con tanques acondicionados para mantener el GNL a la temperatura indicada y transportarlo de manera segura. Uno de estos buques metaneros puede transportar hasta 170,000 metros cúbicos de GNL. • Plantas regasificadoras en los puertos de destino. • Muelles de embarque adecuados al calado de los buques y con los sistemas de abastecimiento, entre otros. Una vez descritas las características técnico-económicas de la industria de GN, es necesario analizar el desarrollo de esta industria a nivel internacional. En particular, su evolución en diferentes países, con el fin de obtener experiencias provechosas. Cada país ha empleado diferentes mecanismos con el objetivo de promover esta industria y con resultados diferentes. Uno de los más importantes se relaciona con la determinación de los precios. Los países con mayor dinamismo en la industria gasífera son aquellos que han establecido marcadores internacionales para dicho combustible, desvinculando de aquellos el petróleo.
3.3 Lugares de extracción
YACIMIENTO DE AGUAYTÍA Ubicado en el Lote 31C (provincia de Curimaná, departamento de Ucayali), aproximadamente a 75 km al oeste de la ciudad de Pucallpa, 77 km al noreste de la ciudad de Aguaytía y a 475 km al noreste de la ciudad de Lima. Cuenta con un área total de 16,630 ha .El yacimiento de Aguaytía fue descubierto por la Compañía Mobil Oil Co. en 1961 con el pozo AG-1X, que sería revertido al Estado peruano hasta 1993, cuando se realizó la licitación para la explotación del GN en la zona. El 30 de marzo de 1994 se firmó el contrato de licencia para la explotación de hidrocarburos en el Lote 31-C entre la empresa The Maple Gas Corporation del Perú y Perupetro S.A. El operador inicial del campo de Aguaytía fue Maple Gas Corp. (1994), que posteriormente cedió el control del proyecto a la empresa Aguaytía Energy del Perú S.R.L. (en adelante, Aguaytía Energy) mediante una modificatoria del contrato de licencia firmada el 25 de julio de 1996 Aguaytía entró en operación comercial en julio de 1998, tras una inversión de US$ 300 millones. Se estimó una duración de las reservas entre 30 y 40 años, por lo que el tiempo de operación se definió en 30 años. A la fecha, Aguaytía Energy cuenta con nueve pozos perforados, de los cuales dos están abandonados (entre ellos el pozo inicial AG-1X), dos son productores de gas, cuatro inyectores de gas y uno es para agua. Sin embargo, el pozo AG-2X, considerado como pozo inyector de gas, también actúa como productor cuando se requiere. El Lote 31-C cuenta con reservas probadas de 0.44 TCF de GN y 20 MMBls de LGN. La producción promedio de GN es 70 MMPCD. El procesamiento de GN con condensados es 65 MMPCD de gas seco y 4.4 MBPD de LGN. El fraccionamiento de los LGN es 1.4 MBPD de GLP y 3 MBPD de gasolina natural. La producción fiscalizada promedio, producción demandada, entre el año 2000 y 2013 fue 28 MMPCD de GN y de 2.8 MBPD de LGN .El gas extraído del Lote 31-C se trata en la Planta de Procesamiento de Gas de Curimaná, donde se separa en GN seco y LGN. Seguidamente, los LGN van la Planta de Fraccionamiento Pucallpa para transformarse en productos de utilidad comercial. El GN se lleva a la Planta Eléctrica Aguaytía y a la Planta de Fraccionamiento (ambas del grupo Aguaytía) para ser utilizado como combustible. El proyecto cuenta con 124 km de gasoducto y 113 km de poliducto, lo cual permite el transporte de GN seco, GLP y gasolina natural. Los ductos de GN y LGN del sistema de transporte de la empresa Aguaytía parten desde la Planta de Separación de Curimaná hasta la estación de medición Neshuya, ubicada a la altura del km 60 de la carretera Federico Basadre. Desde este punto, el ducto de LGN se dirige hacia la Planta de Fraccionamiento Pucallpa (Yarinacocha) y se bifurca: un tramo va hacia el oeste, a la Central Térmica de Aguaytía, y el otro tramo hacia la Planta de Fraccionamiento. Asimismo, abastece con GN seco a la Central Termoeléctrica de ciclo simple de Aguaytía (CT Aguaytía), concesionada y operada por Termoselva S. R. L. desde el 1° de mayo de 200110. La potencia efectiva de los grupos (TG) 1, 2 y 3 son 78.2, 78.5 y 156.6 MW, respectivamente. Es preciso señalar que la construcción del gasoducto de Aguaytía a Pucallpa se realizó con el interés básico de alimentar la Central de Yarinacocha (que se mantenía inoperativa). Gracias a ello, el combustible se está utilizando para generar energía eléctrica al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional. Adicionalmente, debido a sus labores de transmisión de energía, el Grupo Energético Aguaytía cuenta con una línea de transmisión de alta tensión operada por la empresa Eteselva, con una línea de 220 KV entre Aguaytía y Paramonga. También tiene un sistema de transporte en camiones cisterna. En cuanto a su importancia para la economía del país, Aguaytía participa en las ventas totales de GLP, permitiendo reducir las importaciones de dicho combustible, así como el uso de leña y kerosene. La producción de gasolinas naturales conlleva a la de combustibles limpios, solventes y otros productos, mientras que la producción del GN seco se destina a la generación eléctrica.
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Fundación Gas Natural – Guías técnicas de energía y medio ambiente.18. La contribución del gas natural a la reducción de emisiones a la atmósfera en España. (2009)