Autores:

• Inga Gonzales, Juan Diego
• Kcomt Atencio, Pedro Alonso
• Paitan Quispe, Veronika Eliana
• Venturo Joya, Enmanuel Rolando

INTRODUCCIÓN

El consumo energético per cápita de un país está relacionado con el nivel de desarrollo de su economía. Es así que, Perú siendo un país en vías de desarrollo presenta un crecimiento exponencial con respecto a su consumo de energía. La necesidad de cubrir con las necesidades energéticas emergentes llevó al país, en el año 2010, a plantear cambios en la matriz energética con la finalidad de obtener un desarrollo sostenible de las mismas.

Perú abastece un gran porcentaje de sus necesidades energéticas a través del uso de combustibles fósiles, los cuales, tienen un gran impacto negativo a nivel ambiental. Según el Balance Nacional de Energía del 2018, las emisiones de gases como el dióxido de carbono CO₂ el metano CH₄ y óxido nitroso N₂O, como consecuencia de la transformación de energía primaria en secundaria y el uso final de energía, tienden a aumentar con el paso de los años. Siendo protagonistas las producidas por combustibles fósiles.

Es así que Perú se ha visto en la necesidad de realizar modificaciones en su matriz energética, a fin de que se logre cubrir las crecientes necesidades energéticas del país, pero sin dejar de lado el correcto desarrollo sostenible que debe devenir junto con el crecimiento que desarrolla.

En el presente trabajo se busca, en primer lugar, analizar los principales combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural, para luego hacer un estudio detallado del impacto ambiental que generan y las propuestas de cambio de matriz energéticas, centrándonos en el desarrollo de energías renovables y no convencionales. Finalmente, se da a conocer la opinión de los autores en base a lo evaluado a lo largo del trabajo.

1. COMBUSTIBLES FÓSILES:

1.1. Carbón:

1.1.1. Origen

El carbón se origina tras la carbonización de materias vegetales mediante procesos anaeróbicos (ausencia de oxígeno). Luego de que los restos vegetales queden sepultados en cuencas, las bacterias anaerobias generan reacciones capaces de transformar sus componentes en ácidos húmicos; posteriormente se produce la compactación de dichos restos por presión en capas sucesivas. Este hecho junto al factor temperatura culmina en la carbonización. Por lo general el carbón se presenta en secuencias de capas horizontales, combinadas en forma alterna con otras rocas de origen sedimentario. En el periodo Cuaternario ya se habían materializado yacimientos de carbón; sin embargo, en realidad su formación se remonta al Devónico, consolidándose en abundancia durante el Carbonífero, durante el cual alcanzaron gran desarrollo los helechos y las primeras gimnospermas.

1.1.2. Características

El carbón es una roca sedimentaria orgánica que está compuesta de carbono amorfo acompañado de hidrocarburos, compuestos orgánicos de naturaleza compleja (glúcidos como la celulosa y lignina), proteínas vegetales y materia inorgánica, de coloración que va de café a negro y peso específico de 1.0 a 1.8 g/cm³.

Los principales componentes del carbón son los macerales y las cenizas.

• Macerales: Son restos vegetales macerados, pero aún reconocibles, conforman la parte orgánica del carbón. Se distinguen tres tipos principales: Huminita (o vitrinita si se trata de hulla), es el principal grupo en la mayoría de carbones y procede de tejidos leñosos de las plantas. Presenta una densidad, reflectancia (capacidad del material para reflejar la luz) y contenido en C e H intermedios entre los demás grupos macerales. Liptinita, aparece en menor proporción que el grupo anterior y procede de partes resinosas y céreas de las plantas. Es un grupo rico en H y materias volátiles y pobre en C. Presenta una densidad y una reflectancia muy bajas. Inertinita, es el componente más escaso en los carbones y es prácticamente inerte a lo largo de los procesos de carbonización. Posee un escaso contenido en H, muy rico en C y máxima reflectividad y densidad.
• Cenizas: Son los componentes inorgánicos no combustibles de los carbones. Esta materia mineral puede ser: Interna (o intrínseca), proveniente de los tejidos vegetales. Externa (o extrínseca), si no formó parte de la materia vegetal de la turbera (humedal ácido en el cual se ha acumulado materia orgánica en forma de turba). A la vez puede ser de dos tipos: Primaria, procedente de detritos (residuos, generalmente sólidos que provienen de la descomposición de fuentes orgánicas) o minerales autigénicos (mineral formado en el propio medio y lugar en que se encuentra). Secundaria, de transformación de los minerales primarios o de precipitación posterior a la diagénesis (a modo de relleno en cavidades).

La clasificación del carbón más utilizada es por su contenido en carbono. Así, de mayor a menor se encuentran:

• Turba, son depósitos de materias vegetales en descomposición; se trata del carbón más reciente (entre un 45 y 60% de carbono), y constituye un primer paso en la carbonización natural. Su color es ligeramente parduzco. Además, su estructura es porosa, lo que permite que conserve gran cantidad de agua (hasta un 90%); si es expuesta al aire se seca o pierde agua, lo que genera que se contraiga. Las turbas se forman preferentemente en zonas con abundante presencia de esfagnos, unos musgos pertenecientes al género Sphagnum. Los esfagnos son propios de lugares húmedos y oligotróficos (ambientes bajos en nutrientes), y dada la forma de crecimiento en capas alrededor de zonas pantanosas, dan lugar a las llamadas turberas. Durante este proceso, las capas inferiores quedan en condiciones anaeróbicas (en ausencia de aire), es decir, los organismos mueren y se van transformando progresivamente en turba, un carbón de baja calidad con una mínima potencia calorífica.
• Lignito (de lignu o leño), es un carbón fósil de formación reciente (posterior a la hulla). Se trata de un combustible de calidad media (entre un 60 y 75% de carbono) que se asemeja a una turba fosilizada, pero de calidad superior a ésta. Se localiza en terrenos secundarios y terciarios. El lignito de textura terrosa se denomina tierra 3 de sombra; existe otra variedad compacta llamada azabache de color negro, que tiene utilidad en joyería por su capacidad para ser pulida.
• Hulla, es un carbón natural negro y brillante, que contiene entre un 80 y 90 % de carbono. Se han formado en el Carbonífero a partir de los vegetales típicos de esa era, tales como equisetos, licopodios y helechos arborescentes. De ella se extrae por destilación seca alquitranes, amoniaco y productos volátiles como gases de alumbrado; en forma seca se utiliza como combustible.
• Antracita, es un carbón natural de muy alto poder calorífico (posee un 95% de carbono). Arde con mucha dificultad, pero desprende mucho calor. Es más brillante que la hulla y presenta una fractura concoidea (rotura con forma de concha). Su formación se remonta a los primeros periodos de la era Paleozoica.

Además, las Normas ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales), fijan un estándar en la clasificación de carbones. Esta norma define como carbones de bajo rango aquellos cuyo poder calorífico bruto, base húmeda sea menor a 6.390 kcal/kg, en este rango están los carbones denominados sub bituminosos y los lignitos. En los carbones de alto rango, con un poder calorífico mayor a 6.390 kcal/kg, se incluyen los carbones bituminosos y antracitos.

1.1.3. Extracción

• Minado subterráneo: El minado por medio de frentes largos implica la completa extracción de carbón de una sección o frente utilizando cortadoras mecánicas. Una frente larga requiere una planificación cuidadosa para garantizar la geología favorable existente en toda la sección antes de comenzar el trabajo de desarrollo. El frente de carbón puede variar en longitud. Los soportes hidráulicos y de autoavance mantienen temporalmente el techo, mientras el carbón es extraído. Cuando el carbón se ha extraído de la zona, el techo se colapsa. En el caso de las pequeñas mineras de carbón podría decirse que la extracción la realizan de esta manera, pero a una escala menor y sosteniendo el techo de la mina con ademe de madera.
• Minado superficial: Este tipo de minado resulta rentable cuando el carbón se encuentra cerca de la superficie. Este método recupera una proporción mayor de los depósitos de carbón que el minado subterráneo ya que casi todo es explotado (90% ó más de los depósitos de carbón pueden ser recuperados). Las grandes minas a cielo abierto pueden cubrir un área de muchos kilómetros cuadrados y utilizar equipo minero muy grande, incluyendo dragas, usadas para remover la capa estéril de suelo y roca; camiones de gran tamaño que transportan la capa estéril y el carbón; palas mecánicas, excavadoras y transportadores. La capa estéril de suelo y roca es primeramente quebrada por medio de explosivos y removida por las dragas o palas mecánicas y camiones. Una vez que el carbón está expuesto, es perforado, fracturado y sistemáticamente minado. El carbón se carga en camiones o grandes bandas transportadoras para llevarlo a la planta de preparación de carbón o directamente a donde será utilizado.
• Preparación del carbón: La preparación del carbón (también conocida como lavado o beneficio) se refiere al tratamiento de carbón para garantizar su calidad y mejorarlo para determinados usos finales. El tratamiento depende de las propiedades del carbón y su uso previsto, puede requerir simple trituración o necesitar pasar a través de un complejo proceso de tratamiento para reducir las impurezas. Para eliminar las impurezas, el carbón que viene de las minas es triturado y luego separado en varios tamaños. El material más grande por lo general es tratado con “separación en medio denso”. En este proceso, el carbón se separa de otras impurezas siendo flotado en un tanque que contiene un líquido de mayor peso específico, por lo general una suspensión de magnetita finamente molida. Como el carbón es más ligero flota y puede ser separado, mientras que la roca más pesada y otras impurezas hundidas son removidas como residuos. Las fracciones de menor tamaño son tratadas de varias maneras, por lo general se basan en diferencias en masa, como en las centrifugadoras, que provocan la separación entre sólidos y líquidos. Los métodos alternativos utilizan las diferentes propiedades superficiales del carbón y los residuos. En flotación con espumantes las partículas de carbón son removidas en una espuma producida por aire soplado en agua que contienen reactivos químicos. Las burbujas atraen el carbón, pero no los residuos y son desnatados para recuperar los finos de carbón. Los desarrollos tecnológicos recientes han contribuido a aumentar la recuperación de materiales ultrafinos de carbón.
• Transporte de carbón: La forma en que el carbón se transporta a donde se utilizará depende de la distancia que recorrerá. En general, el carbón es transportado por bandas o por camiones en distancias cortas. Trenes y barcos se utilizan para distancias largas dentro de los mercados nacionales, o, alternativamente, el carbón puede ser mezclado con agua para formar un sólido en suspensión de carbón y transportados a través de ductos. Los buques se utilizan comúnmente para el transporte internacional.

1.1.4         Usos y aplicaciones

• Combustible: Las centrales térmicas de carbón pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica. En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluidizado a presión. El coque es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de aire y es usado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico).
• Carbón para líquidos: En el caso del carbón para líquidos, este puede ser fácilmente convertido en una variedad de combustibles, con un número de ventajas clave como las siguientes:
  • Los combustibles derivados del carbón están libres de azufre, son bajos en partículas y en óxidos de nitrógeno.
  • Con la captura y el almacenamiento del carbono, el ciclo de vida de las emisiones de CO₂ puede reducirse hasta en un 20% en comparación con los productos convencionales de petróleo.
  • Los líquidos de carbón pueden ser utilizados para transporte, cocina, generación de energía estacionaria y en la industria química.
• Siderurgia: En siderurgia, al mezclar minerales de hierro con carbón se obtiene una aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad.
• Sinterización: Este proceso implica el calentamiento de mineral de hierro fino con fundente y finos de coque o carbón para producir una masa semifundida que solidifica en piezas porosas de sinterizado con las características necesarias de tamaño y resistencia para la alimentación del alto horno.
• Cemento: En la industria del cemento, los productos de combustión de carbón desempeñan un papel importante en la producción de hormigón, los cuales son subproductos generados por la quema de carbón en centrales eléctricas alimentadas con tal mineral.
• Productos químicos: El alquitrán de carbón refinado se utiliza en la fabricación de productos químicos, tales como aceite de creosota, naftaleno, fenol y benceno. El gas amonio recuperado de hornos de coque es utilizado para la fabricación de sales de amoniaco, ácido nítrico y abonos agrícolas. Miles de diferentes productos tienen carbón o subproductos de carbón como componentes, tal es el caso del jabón, aspirinas, disolventes, tintes, plásticos y fibras como el rayón y el nylon.
• Productos especializados: El carbón es también un ingrediente esencial en la elaboración de productos especializados como:

• • Carbón activado: Utilizado en filtros de agua y purificación del aire, así como en máquinas de diálisis renal.
  • Fibra de carbono: Es un material de refuerzo extremadamente fuerte y ligero utilizado en construcción, bicicletas de montaña y raquetas de tenis.
• 

  Figura 7. Usos y aplicaciones del carbón. Paitan, V. (2020).

  1.1.5         Impacto ambiental

  El recorrido del carbón desde la mina hasta la escombrera se conoce como cadena de custodia. Esta cadena tiene tres eslabones principales: extracción, combustión y generación de residuos. Cada uno de dichos procesos representa un gran impacto ambiental.

  • Extracción del carbón: La minería provoca deforestación, erosión de suelos, escasez de agua y contaminación, incendios arrasadores y la emisión de gases de efecto invernadero. Las operaciones de excavación a gran escala dejan la tierra totalmente despojada, hacen disminuir las capas freáticas, generan enormes montañas de residuos y cubren a las comunidades locales con una capa de partículas de polvo y residuos. La minería provoca la pérdida de tierras fértiles a causa de la erosión, mientras que las escorrentías que bajan por las aguas bloquean ríos y asfixian los ecosistemas acuáticos. La minería también es la responsable de la muerte de mineros en accidentes o, más lentamente, a causa de la enfermedad pulmonar del minero. Las minas de carbón provocan el desplazamiento de comunidades enteras, forzándolas a abandonar sus hogares. Además, pueden generar incendios y corrimientos de tierra, así como contaminar los suministros de agua.
  • Combustión del carbón: Los enormes volúmenes de agua necesaria para “lavar” el carbón y para operar en las centrales térmicas provocan restricciones de agua en muchas áreas. Los contaminantes expedidos por las chimeneas amenazan la salud de la gente y el medio ambiente: las finas partículas de polvo son la causa principal de las enfermedades pulmonares; el mercurio daña el desarrollo neurológico de los niños y los fetos, y los gases como el dióxido de carbono, el dióxido de azufre, el óxido de nitrógeno y el metano, del que las centrales térmicas de carbón son las principales emisoras, contribuyen decisivamente al cambio climático y son causantes de fenómenos como la lluvia ácida y el smog (contaminación atmosférica, derivada del acrónimo smoke –humo– y fog –niebla–).
  • El legado del carbón: Los daños causados por el carbón no terminan cuando se quema. Al final de la cadena están los residuos provocados por su combustión (conocidos como CCW), minas abandonadas, comunidades devastadas y paisajes desolados. Los CCW son tóxicos y en muchos casos vienen acompañados de plomo, arsénico y cadmio que pueden provocar envenenamiento, enfermedades renales y cáncer. El drenaje ácido de las minas (AMD) daña los suelos y hace que el agua no sea apta para el consumo. El colapso de las minas provoca hundimientos que dañan la estructura de las casas y edificios, y de infraestructuras como carreteras y puentes. Los intentos por mitigar la devastación que deja la extracción del carbón son completamente inadecuados. La tierra “reclamada” no se llega a recuperar nunca; las comunidades envenenadas siguen estando contaminadas; e independientemente de lo duro que se intente frotar, el tejido social de esas sociedades seguirá ensuciado con la carbonilla.
• 

  Nota. Recuperado de El carbón un futuro negro. Copyright 2009 por Greenpeace. http://archivo-es.greenpeace.org/espana/Global/espana/report/cambio_climatico/09-06-12.pdf

  

  Figura 8. Impactos del ciclo del carbón. Recuperado de https://endcoal.org/wp-content/uploads/2015/03/ENDCOAL_SPANISH_factsheet1_LOWRES.pdf

  1.1.6         Poder calorífico

  El poder calorífico de un combustible es la máxima cantidad de calor que se puede obtener de un kilogramo o un metro cúbico de combustible al oxidarse en forma completa, y sus productos son enfriados hasta la temperatura original de la mezcla aire-combustible. Entre los productos de la combustión está presente vapor de agua que, dependiendo de la temperatura de los productos, puede permanecer como vapor, puede condensar parcialmente o condensar completamente. Como el vapor al condensar libera calor; mientras más condensado se forme, mayor calor se estará obteniendo del combustible. Esto permite diferenciar entre poder calorífico superior (PCS) y poder calorífico inferior (PCI).

  • Poder calorífico superior (PCS): Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión se condensa, pasando del estado vapor al líquido, contabilizándose el calor desprendido en este cambio de fase.
  • Poder calorífico inferior (PCI): Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de combustible sin haber condensación del vapor de agua formado en la combustión, ya que se expulsa como vapor. En este caso no se contabiliza el calor de condensación del vapor.

Tabla 2

Poder calorífico según tipo de carbón

TIPO		PODER CALORÍFICO 1
		SUPERIOR	INFERIOR
TURBAS		5700	5400
LIGNITOS		6750	6450
HULLAS	GRASAS	8600	8400
	SEMIGRASAS	8700	8500
	SECAS	8650	8450
ANTRACITAS		8400	8300

¹ Poderes caloríficos relativos al combustible puro “ficticio” (solo C, H, O) en kcal/kg.

Nota. Adaptado de Carbón, por Cortés, V. (s.f.).

1.2         Petróleo:

1.2.1         Origen:

Los procesos de evolución geológica fuerzan la sedimentación de capas sobre otras, cuyos pesos crean grandes presiones y temperaturas. Es así como en los fondos de cuencas se originan los depósitos fósiles. El petróleo resulta de la descomposición de materia orgánica que se encuentra en estos depósitos a lo largo del tiempo. Los depósitos de restos vegetal y animal pasan distintos procesos por los antes mencionados cambios de temperatura y presión. Estos procesos han sido clasificados en 4 partes: Diagénesis, Catagénesis, Metagénesis y Metamorfismo.

Una vez formado, el petróleo sufre de traslaciones denominadas migraciones. Existen 2 migraciones en específico. En la primera la roca madre, es decir, la superficie donde ocurre la transformación de la materia orgánica permite el fluido del aceite por medio de fracturas por el incremento de presión hacia formaciones rocosas donde la presión es menor. Después de la salida del petróleo, la presión sobre la roca madre se estabiliza y vuelve a cerrar sus fracturas. En la segunda migración una capa de roca sellante prácticamente impermeable, también denominada “trampa”, impide el paso del petróleo hacia la superficie. Las trampas suelen sobreponerse a rocas de reserva donde puede estar contenido o no el petróleo.

1.2.2        Características

Sus características, se basan en las propiedades físicas y químicas que tiene, por lo que primero veamos las propiedades físicas y posteriormente las químicas:

• Propiedades físicas:

–Densidad. – El petróleo es más liviano que el agua. Su peso específico es influenciado por factores físicos y por la composición química del crudo. 0.75-0.95 kg/L. Aumenta con el porcentaje de asfalto.

–Olor. – Los petróleos crudos tienen olor aromático. En otros aceites el olor varía, dependiendo de la cantidad de hidrocarburos livianos y de las impurezas.

–Color. – El color del petróleo varía de amarrillo al rojo pardo y   negro. Por la luz reflejada, el aceite crudo es usualmente verde, debido a la fluorescencia. Su tonalidad se oscurece con el aumento de su peso específico, que se incrementa al aumentar su porcentaje de asfalto.

–Volatilidad. – En el petróleo crudo, depende de los puntos de ebullición de los diversos componentes.

–Tensión superficial. – La tensión superficial del petróleo que contenga gas disuelto es extremadamente baja.

–Fluorescencia. – Se manifiesta por el efecto de rayos infrarrojos.

• Propiedades químicas:

El petróleo, se compone principalmente de carbono e hidrógeno en la porción 83-87% de C y de 11-14% de H. Contiene abundantes impurezas de compuestos orgánicos en los que intervienen componentes como el azufre, oxígeno, nitrógeno, mercaptanos, SO₂, H₂S, alcoholes mezclados también con agua salada, ya sea libre o emulsionada, en cantidad variable. Como impurezas, se encuentran también diversas sales minerales como cloruros y sulfatos de Ca, Mg y Fe, su color varía entre ámbar y negro.

Además, dependiendo del número de átomos de carbono y de la estructura de los hidrocarburos que integran al petróleo, se tienen diferentes propiedades que caracterizan, determinando su comportamiento como combustibles, lubricantes, ceras o solventes.

1.2.3         Extracción

Una vez se llega a un yacimiento, se perfora el terreno y se construye una torre metálica de unos 40-50 metros de altura donde se sostendrán los equipos. El subsuelo se taladra con un trépano que cuenta con movimientos de avance y rotación y conductos internos para el circulamiento de suspensión acuosa de bentonita, el cual enfría el trépano y empuja los restos del suelo a la superficie. Se solía excavar en la boca del pozo un agujero verticalmente de 50 cm de diámetro, pero con profundidad indeterminada. En la actualidad se pueden usar barras articuladas que permiten libre movimiento del trépano, útil para sortear obstáculos. Conforme avanza la perforación se introducen caños de acero adheridos con cemento por el cual fluirá el petróleo lentamente hacia los depósitos.

El petróleo extraído de los yacimientos se le denomina crudo y se le hace experimentar ciertos tratamientos.

• Separación de gases

El metano y el etano son separados del petróleo ya que no se licuan por compresión y entonces son usados como combustible para el propio yacimiento o se junta con gas natural por medio de gasoductos.

• Deshidratación

Se decantan los depósitos eliminando el agua emulsionada y se envía a destilerías.

En las destilerías, el petróleo, al estar compuesto por más de 1000 hidrocarburos, se intenta fraccionar obteniendo composiciones con propiedades aproximadamente constantes. Esto se realiza con diferentes procesos aplicando 2 temperaturas prefijadas.

1. Destilación primaria o topping

El petróleo crudo se calienta hasta 350°C y se envía a una torre de fraccionamiento de 50 metros de altura aproximadamente donde los gases que suben atraviesan el líquido más frío por medio de platos de burbujeo. Este líquido se desbordará y caerá al plato siguiente. Sucesivamente va entrando petróleo crudo y salen fracciones que reciben nombres comunes con propiedades definidas.

Entre las fracciones más importantes se encuentran: Naftas, Queroseno y Gas Oil.

Al pie de la torre queda un residuo que no llega a destilarse llamado Fuel Oil, el cual tiene gran poder calorífico (10000 cal/g). Este residuo puede usarse como combustible o pasar por una segunda destilación, destilación al vacío.

2. Destilación secundaria, destructiva o cracking.

Las fracciones más pesadas como el Gas Oil y el Fuel Oil son calentadas a 500°C y a presiones de 500 atm bajo presencia de catalizadores. Es aquí donde la molécula de los hidrocarburos con muchos carbonos se rompe formando nuevos hidrocarburos más livianos.

Tras pasar por estos procesos ya se encuentra listo para su comercialización.

1.2.4         Usos y aplicaciones

El petróleo es una de las fuentes más importantes de energía en a la actualidad, por lo que luego de procesos de refinación se puede dar uso como:

1. Energéticos: combustibles específicos para el transporte, la agricultura, la industria, la generación de corriente eléctrica y para uso doméstico.

b.Productos especiales: lubricantes, parafinas, asfaltos, grasas para vehículos y productos de uso industrial.

1. Materias primas para la industria petroquímica básica: plásticos, acrílicos, guantes, pinturas, envases diversos, detergentes, fibras textiles, insecticidas, etc.

1.2.5        Impacto ambiental

Como sabemos el petróleo es una fuente de energía muy importante en la actualidad, por lo que su comercialización por todo el mundo es inevitable, pero esto a su vez ha ocasionado un problema ambiental, principalmente en los océanos donde los derrames de petróleo son mucho más frecuentes que en otras zonas del planeta, por lo que ahora veremos los efectos que causa en estos:

• Efectos fóticos

–           La falta o disminución de la entrada de luz en el mar a causa de manchas de petróleo imposibilita o reduce el área donde es posible la fotosíntesis y, por tanto, el desarrollo de plantas verdes.

–          80 por ciento de la actividad fotosintética y de la absorción de energía solar se produce en los 10 primeros metros de la superficie marina. Ello indica la importancia de la entrada de la luz (ese 20 por ciento restante) para mantener las comunidades fotosintéticas de los fondos marinos.

–          La falta o disminución de plantas fotosintéticas reduce el aporte de oxígeno y alimento al ecosistema.

–          La pérdida de extensión en la distribución de algas y otras plantas acuáticas limita las zonas que proporcionan cobijo a miles de especies marinas. Estos lugares son utilizados por larvas de los peces como zonas de alimento mientras se desarrollan.

–           El fitoplancton es a su vez el alimento del zooplancton (que además de microorganismos está formado por larvas de peces, moluscos, crustáceos, etc.). Sin fitoplancton, el zooplancton muere y con él se interrumpe el crecimiento de un importante número de especies, al tiempo que se deja sin alimento a un gran número de animales marinos

• Efectos tóxicos

–           Las aves que quedan impregnadas de petróleo pierden o ven reducida su capacidad de aislarse del agua pudiendo morir por hipotermia. Al intentar limpiarse el plumaje con el pico ingieren grandes cantidades de hidrocarburos por lo que se envenenan.

–           Muerte de los organismos por envenenamiento, sea por absorción, o por contacto. – Muerte por exposición a los componentes tóxicos del petróleo solubles en agua.

–           Tras desaparecer el petróleo de la superficie, el agua presenta una falsa apariencia “limpia” dado que queda cristalina por la muerte del fitoplancton y fauna marina que “enturbia” el agua.

–          Los mamíferos marinos pueden sufrir el taponamiento de sus vías respiratorias o daños en el tracto respiratorio y su mucosa por efecto de los contaminantes químicos. También ingieren grandes cantidades de hidrocarburos para alimentarse de animales contaminados.

–          Los quimiorreceptores de muchas especies marinas detectan el petróleo en el agua y les hacen variar sus migraciones y movimientos con lo que determinadas especies desaparecen o no se acercan al lugar.

–          El petróleo se deposita sobre los fondos marinos matando o provocando efectos subletales sobre miles de animales y plantas vitales para el ecosistema.

–          Las algas de los fondos y las orillas quedan cubiertas por una fina película aceitosa que dificulta la fotosíntesis y la reproducción.

–          Los efectos subletales sobre los animales marinos pueden abarcar deformaciones, pérdida de fertilidad, reducción del nivel de eclosión de huevos, alteraciones en su comportamiento y gran cantidad de efectos derivados de la toxicidad del vertido.

–          Los mejillones y otros moluscos que se adhieren a rocas u objetos pierden su capacidad de adhesión y caen al fondo, perdiendo su capacidad de alimentarse.

1.2.6         Poder calorífico

Tabla 3

Poder calorífico inferior según tipo de petróleo

Combustible	Poder Calorífico Inferior (kJ/g)
Kerosene	180.33 – 180.7488
Fuel Oil	41.0032 – 41.84
Petróleo crudo	41.84

1.3   Gas natural

1.3.1         Origen

El gas y el petróleo fueron formados hace millones de años, cuando plantas y animales principalmente microscópicos, conocidos como fitoplancton y zooplancton se depositaron principalmente en el fondo del mar y fueron enterrados por sedimentos. Las capas de sedimentos fueron acumulándose, originando un aumento de presión y temperatura, lo cual convirtió la materia orgánica en compuestos de hidrógeno y carbono (hidrocarburos).

El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Es una mezcla de hidrocarburos que se encuentran en el subsuelo en estado gaseoso o en disolución con el petróleo.

1.3.2         Características

Se trata de un combustible fósil que es Inodoro e incoloro si lo comparamos con otros combustibles podríamos decir que tiene una combustión más limpia (menor cantidad de CO₂, CO, NO₂, S y cenizas). Los motores y quemadores que usan gas natural son más fáciles de limpiar y conservar en comparación con los que usan otros combustibles.

Tabla 4

Composición aproximada de gases naturales

1.3.3         Extracción

El gas natural se extrae directamente de la naturaleza y, sin haberse sometido a ninguna transformación química, llega a su punto de consumo.

El fracking es una técnica para aumentar la extracción de gas y petróleo del subsuelo que consiste en generar fisuras en la roca para que parte del gas fluya al exterior y pueda extraerse luego de mejor manera desde un pozo. Este sistema tiene varias desventajas, como la contaminación sonora, la contaminación de la atmósfera y hasta puede generar temblores.

Las reacciones de metanación son inherentes a la síntesis química o biológica del metano a partir de la interacción entre el hidrógeno (H₂), monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO₂). La metanación es uno de los procesos químicos importantes y necesarios para la obtención de metano sintético.

La denotación “sintético” hace referencia a la producción de un gas natural rico en metano (CH₄), pero que tiene un porcentaje de otros componentes como H₂, CO, CO₂, H₂O y que fue obtenido a través de un proceso de refinado o una tecnología no convencional.

 

1.3.4         Usos y aplicaciones

Además de ser menos contaminante, el rendimiento de esta fuente de energía es mayor que el de combustibles como el carbón o el petróleo. Con la tecnología puede ser empleado en el hogar, en el sector comercial y en el industrial. Es útil para las industrias se usa como combustible para automóviles o motores adaptados a este compuesto como también para el hogar en la cocina o en la calefacción

1.3.5. Impacto ambiental

Este combustible es más limpio que el carbón y el petróleo, aunque, al igual que este último, su composición química varía dependiendo de donde se halle. El gas natural genera mínimas cantidades de azufre, mercurio y otras partículas, razón por la cual es catalogado como el combustible fósil con menor impacto ambiental.

Si bien el impacto ambiental del gas natural es menor en todas sus etapas (extracción, elaboración, transporte y utilización), se ha comprobado que en la primera fase pueden desprenderse algunos contaminantes. Esto a raíz del fracking, que produce el punto más alto de contaminación de este combustible fósil.

Por ello el gas natural no afecta tanto al ambiente como lo podrían hacer otros combustibles como es el caso del petróleo, el carbón y la leña. Gracias a su composición es poco riesgoso para el ambiente y más fácil de tratar que con los combustibles anteriormente mencionados. Por ello el uso de este combustible es una mejor alternativa, si lo comparamos con el petróleo o el carbón, para las Industrias o incluso para las mejoras domésticas cotidianas.

1.3.6     Poder calorífico

Tabla 5

Poder calorífico según componentes del gas natural

Componentes	Peso molecular	Fórmula química	PCS (kcal/Nm3)	PCI (kcal/Nm3)
Metano	16,043	CH4	9530	8570
Etano	30,070	C2H4	16860	15390
Propano	44,097	C3H8	24350	22380
Butano	58,124	C4H10	32060	29560
Anhídrido carbónico	44,011	CO2	0	0
Oxígeno	32,00	O2	0	0
Hidrógeno	2,016	H2	3050	2570
Nitrógeno	28,016	N2	0	0
Aire	28,97	–	0	0

Nota. Adaptado de Gas natural, por Borras, B.

2.   El impacto ambiental de la energía proveniente de combustibles fósiles

El consumo energético per cápita de un país está relacionado con el nivel de desarrollo de su economía. Es así que, Perú siendo un país en vías de desarrollo presenta un crecimiento exponencial con respecto a su consumo de energía. La necesidad de cubrir con las necesidades energéticas emergentes llevó al país, en el año 2010, a plantear cambios en la matriz energética con la finalidad de obtener un desarrollo sostenible de las mismas.

Perú abastece un gran porcentaje de sus necesidades energéticas a través del uso de combustibles fósiles, los cuales, como se ha mostrado en el presente trabajo, tienen un gran impacto negativo a nivel ambiental. Según el Balance Nacional de Energía del 2018, las emisiones de gases como el dióxido de carbono CO₂ el metano CH₄ y óxido nitroso N₂O, como consecuencia de la transformación de energía primaria en secundaria y el uso final de energía, tienden a aumentar con el paso de los años. Siendo protagonistas las producidas por combustibles fósiles.

Además, como ya se ha mencionado, el proceso extractivo de cada uno de los combustibles fósiles presenta un gran impacto negativo a nivel ambiental. En Perú se cuenta con una gran cantidad de yacimientos de carbón antracita. Los principales se encuentran en las regiones de La Libertad, Ancash y Lima, las que se ven afectadas tras los procesos extractivos. Por otro lado, Osinergmin (Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería) calcula que en los últimos 20 años ha habido un gran número de derrames de petróleo, tanto en la Costa Norte como en la Amazonía. Ello ha generado una gran pérdida de biodiversidad y ha afectado, incluso, la calidad de vida de los habitantes de dichas zonas.

Perú genera la mayor cantidad de energía eléctrica a partir del uso de centrales hidroeléctricas. A pesar de que este tipo de centrales genera un volumen de emisiones de dióxido de carbono (CO₂) ínfimamente pequeño en el proceso de operación, durante las fases de construcción puede provocar algunos efectos adversos sobre el ambiente.

Es así que Perú se ha visto en la necesidad de realizar modificaciones en su matriz energética, a fin de que se logre cubrir las crecientes necesidades energéticas del país, pero sin dejar de lado el correcto desarrollo sostenible que debe devenir junto con el crecimiento que desarrolla.

2.1 Propuestas del cambio de matriz energética en Perú

En el 2010 se creó por Decreto Supremo N°026-2010-EM la Dirección General de Eficiencia Energética (DGEE) como órgano técnico normativo, encargado de proponer y evaluar la política de eficiencia energética y las energías renovables no convencionales, promover las formación de una cultura de uso racional y eficiente de la energía, así como, de conducir la planificación energética, y es encargada además de proponer y expedir según sea el caso, la normatividad necesaria en el ámbito de su competencia. Asimismo, en el 2010 también se aprobó por Decreto Supremo N°064-2010-EM la Política Energética Nacional del Perú (PENP) de largo plazo (2010 – 2040). Con ambas iniciativas se buscó trazar metas a 2040, con la finalidad de obtener una mayor viabilidad con respecto a los procesos involucrados en la generación de energía.

De esta forma, en primera instancia se ha promovido el desarrollo de energías renovables, provenientes de recursos como el sol, el viento, el agua, etc. Entre las tecnologías de RER (recursos energético-renovables) que presentan un mayor potencial de desarrollo en Perú se encuentran las siguientes:

2.1.1 Energía solar

Es una energía renovable que se obtiene a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del sol. El calor y la luz del sol se pueden aprovechar por medio de diversos captadores, como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que permiten su transformación en energía eléctrica o térmica. Entre las diferentes tecnologías solares encontramos las siguientes.

• Tecnología solar fotovoltaica: produce electricidad a partir de placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar. La energía solar fotovoltaica consiste en la obtención de electricidad directamente de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica. Esta tecnología es viable para proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica, instalaciones sencillas en azoteas y de autoconsumo fotovoltaico (generación de energía a escalas menores, suficientes para satisfacer el consumo propio).
• Tecnología solar térmica (o termosolar): aprovecha la energía solar para producir calor que puede utilizarse para cocinar alimentos o calentar/hervir agua para uso sanitario o calefacción para generar energía mecánica y, a partir de ella, energía eléctrica. Las plantas de energía termosolar de concentración (CSP) generan calor y pueden almacenarlo antes de convertirlo en electricidad. Con la actual tecnología, el almacenamiento de calor es mucho más barato que el de electricidad. De esta forma, una planta CSP puede producir electricidad durante el día y la noche. Si la ubicación de la planta tiene una radiación solar predecible, entonces se convierte en una central confiable de generación de energía.
• Tecnología termosolar de concentración: se usa para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura.
• Tecnología solar híbrida:  combina la energía solar con otra energía, ya sea renovable o no renovable. Esto a fin de poder cubrir las necesidades energéticas independientemente de la variación climática.

Perú es un país que cuenta con un gran potencial para el desarrollo de energía solar principalmente en las regiones que se sitúan a lo largo de la costa meridional de Arequipa, Moquegua y Tacna, dado que En estas zonas la radiación media diaria anual es de alrededor de 250 vatios por metro cuadrado (W/m²).

Además, en la actualidad, el país cuenta con 7 centrales solares.

Tabla 6

Centrales solares del mercado eléctrico

2.1.2 Energía eólica

Se obtiene a partir del viento. Es decir, es la energía cinética generada debido a las corrientes de aire, la cual se transforma en otras formas de energía (calor, electricidad) para su uso en actividades humanas. En la actualidad, la energía eólica se utiliza, principalmente, para producir electricidad mediante aerogeneradores conectados a las grandes redes de distribución. Los parques eólicos construidos en tierra suponen una fuente de energía cada vez más barata y competitiva en muchas regiones. Además, se ha visto totalmente conveniente la incorporación de pequeñas instalaciones en zonas alejadas que no presentan servicios de electricidad. La energía eólica es potencialmente limpia, renovable y fácilmente predecible, por lo que es una opción sostenible que está ganando lugar en el mercado energético.

Además, se estima que Perú tiene un potencial de energía eólica de 77 000 MW, de los cuales más de 22 000 MW se podrían explotar. Dicho potencial se ubica, principalmente, en la zona costa del Perú, dado que el anticiclón del Pacífico y de la Cordillera de los Andes, tiene una gran influencia en la generación de vientos en la región costera. Es así que se cuenta con 5 centrales eólicas.

Tabla 7

Centrales eólicas del mercado eléctrico

2.1.3 Energía a partir de la biomasa

Mediante la fotosíntesis, las plantas con clorofila son capaces de transformar el CO₂ y el agua de productos minerales sin valor energético en materiales orgánicos de alto valor energético, los cuales sirven, a la vez, de alimento a otros seres vivos. Es así como la biomasa almacena, a corto plazo, la energía solar en forma de carbono. Luego, la energía almacenada en el proceso fotosintético puede ser transformada en energía térmica, eléctrica o carburantes de origen vegetal, liberando de nuevo el CO₂ almacenado energía solar en carbono. Por lo general se utilizan residuos de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, animales, entre otros) o sus restos. La biomasa se aprovecha energéticamente mediante su combustión, la cual genera calor. No obstante, también es posible usar la biomasa para la generación de electricidad mediante procesos como la combustión directa en calderas de bomberos, co-fuego de bajo porcentaje, digestión anaeróbica, incineración de residuos sólidos municipales, gas de vertedero, y calor y energía combinados.

En Perú el uso de biomasa como fuente de energía beneficiaria en gran medida a zonas rurales, las cuales podrían emplear diferentes restos orgánicos propios de la zona, en la costa norte (bagazo de caña, cascarilla de arroz, residuos hidrobiológicos), en la selva alta (cascarilla de café, residuos forestales), en la selva baja (residuos forestales) y en la sierra (yareta, queñuales, totoras). Además, la implementación de pequeñas centrales de biomasa proporcionaría un mayor alcance de la energía en estas zonas. En el país se cuenta con dos plantas de biomasa.

Tabla 8

Centrales de energía a partir de biomasa del mercado eléctrico

Central	Ubicación	Producción (MWh)	Potencia instalada (MW)
Paramonga	Lima	115000	23
Maple Etanol	Piura	—	37,52

Nota. Adaptado de La industria de la energía renovable en el Perú, por Osinergmin. (2017).

Sin embargo, es importante notar que no todas las energías renovables son limpias. En el caso de la biomasa, pese a presentar múltiples beneficios es a la vez una gran emisora de gases contaminantes, por lo que es importante una evaluación integral de esta opción energética antes de su implementación a gran escala.

2.1.4 Energía a partir del biogás

El biogás es un gas combustible que se genera, mediante un proceso anaerobio (en ausencia de oxígeno), en medios naturales o en dispositivos específicos por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos y otros factores. La producción de biogás descrita es realmente útil al momento de tratar residuos biodegradables, dado que genera un combustible de valor y un efluente que sirve para acondicionar el suelo o como abono genérico. El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 18.8 y 23.4 megajulios por metro cúbico (MJ/m³). Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto.

La implementación de este tipo de energía contribuye no solo con ser eficiente al cubrir las necesidades energéticas, sino que también logra evitar daños ecológicos, ya que reduce las emisiones de CH₄, amoniaco y otros GEI (gases de efecto invernadero), así como de compuestos orgánicos volátiles no metánicos y de compuestos que causan malos olores.

Perú cuenta con potencial para el desarrollo de esta alternativa energética, ya que ella puede ser implementada tanto de zonas rurales como urbanas, lo que permite un mayor alcance de la misma. En el país se cuenta con dos centrales de biogás.

Tabla 9

Centrales de energía a partir de biogás del mercado eléctrico

Central	Ubicación	Producción (MWh)	Potencia instalada (MW)
Huaycoloro	Lima	28000	3,41
La Gringa V	Lima	14000	3,2

Nota. Adaptado de La industria de la energía renovable en el Perú, por Osinergmin. (2017).

2.1.5 Energía geotérmica

La energía geotérmica es renovable y se obtiene del calor de la tierra que se encuentra en fuentes hidrotermales y caloríficas. Las fuentes hidrotermales contienen vapor o agua caliente y se pueden utilizar para el calentamiento de ambientes, la acuicultura e invernaderos, así como para la generación eléctrica Las fuentes caloríficas son las más abundantes en el mundo.

Perú presenta un gran potencial para el desarrollo de este tipo de energía, dado que se encuentra en la zona denominada anillo de fuego, la cual está caracterizada por una alta actividad volcánica y sísmica.

2.1.6 Energía minihidráulica

Las centrales hidráulicas generan energía a partir del aprovechamiento del caudal de los ríos. No obstante, la construcción de centrales hidroeléctricas convencionales puede generar impactos ambientales, dado que muchas veces se necesita desviar el cauce de los ríos y el ecosistema. Sin embargo, hoy también puede obtenerse energía de centrales más pequeñas a las convencionales, conocidas como minihidráulicas o mini hidroeléctricas (menos de 20 MW de potencia en Perú). La construcción de las instalaciones de estas centrales no afecta ambientalmente a gran escala, lo cual reduce el impacto ambiental de las centrales hidráulicas convencionales.

La mayor parte de la energía eléctrica producida en Perú proviene de centrales hidroeléctricas, por lo que sería viable la implementación de esta variante para un descenso del impacto ambiental. Perú cuenta con una gran cantidad de centrales mini hidroeléctricas.

En total, Perú cuenta con la siguiente distribución de centrales de energía no convencionales.

2.2 Postura

Tras el análisis y desarrollo realizado en el presente trabajo, hemos sido capaces de adquirir una postura con respecto al cambio de matriz energética propuesta por el estado peruano al 2040. Nos hemos centrado principalmente en el desarrollo de tecnologías RER como propuesta viable frente a la necesidad de, en primera instancia, abastecer las necesidades energéticas y emergentes que presenta el país, pero procurando un desarrollo sostenible. La matriz energética peruana ha sido protagonizada por el uso de combustibles fósiles durante un largo tiempo; sin embargo, como se ha podido comprobar en el presente trabajo, el impacto ambiental que presentan dichos combustibles es perjudicial debido a que generan emisión de gases de efecto invernadero, atentan contra la diversidad y los ecosistemas del país, generan residuos altamente contaminantes y generan consecuencias negativas contra la salud pública. Es por ello que es evidente la necesidad de implementar cambios en la matriz energética peruana.

La energía eléctrica en el país es abastecida principalmente por las centrales hidroeléctricas convencionales, las cuales son viables dado que presentan un mínimo impacto ambiental; sin embargo, la instalación de dichas centrales sí es, en efecto, perjudicial, ya que afecta a los ecosistemas en los cuales se realiza estas construcciones. Frente a ello, es viable la implementación de centrales mini hidroeléctricas, ya que lograr solucionar el problema de sus antecesoras convencionales, al abarcar un menor espacio no requieren afectar en gran medida a los ecosistemas en los que son instauradas.

Además, se analizó las diferentes energías renovables que tendrían un gran potencial de desarrollo en el país. Nosotros consideramos que las energías eólicas y solares serían las que podrían tener una mejor viabilidad en el país, dado que además de tener un bajo impacto ambiental, requieren bajos costos de instalación y lograrían cubrir las necesidades energéticas en las zonas rurales y urbanas del país. Como solución a la variabilidad no siempre predicha del clima, se proponen centrales híbridas, las cuales lograrían reducir el impacto y generar una energía continua. Adicionalmente, se destaca que se debería implementar con mayor frecuencia la participación de la energía a partir del biogás, ya que, pese a que pueden tener efectos ambientales relacionados a la emisión de gases, son capaces finalmente de producir no solo energía sino también fertilizantes y acondicionadores de suelos a partir de sus residuos.

Por otro lado, se notó que es importante diferenciar claramente que no todas las energías renovables son limpias, es decir, no todas presentan un bajo impacto ambiental. La energía a partir de la biomasa puede ser una gran opción para tener una mejor llegada en zonas rurales y generar energía a bajos costos; no obstante, estas a la vez emiten una gran cantidad de gases de efecto invernadero durante su proceso. Por ello, consideramos que puede ser una opción viable, pero no protagonista.

Finalmente, concluimos que el cambio de matriz energética propuesta a 2040, específicamente basándonos en las propuestas de energías renovables y no convencionales, es viable y puede ser un factor importante en el desarrollo sostenible.

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