Autores: 

Baca Pardo, Enrique Gabriel
Camargo Arotoma, Jamir Josue
Guevara Chumpitaz, Gloria Valerie Alessandra
Hidalgo Panta, Franz Ángel Agustín

INTRODUCCION

El Perú cuenta con reservas petroleras en el zócalo continental, en la costa y en la selva amazónica, donde existen 18 cuencas sedimentarias que se extienden sobre 84 millones de hectáreas. En los últimos años se ha dado facilidades para que diferentes compañías petroleras operen en el país o realicen actividades de exploración y desarrollo de programas de hidrocarburos. Sin embargo, en las diferentes etapas por las que atraviesa esta actividad industrial se genera una cantidad y diversidad importante de materiales potencialmente contaminantes del entorno geográfico. Como consecuencia del manejo de estos materiales de carácter tóxico o peligroso, se contaminan suelos superficiales y subterráneos, así como el aire, sin contar con el aporte contaminante del crudo extraído. Por ejemplo, el análisis de los reportes del Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería (Osinergmin) ha permitido calcular que en 10 años se derramaron, en todo el territorio peruano, 9743 barriles de petróleo, de los cuales un poco más de la tercera parte se han derramado en la costa norte peruana, una zona de alta diversidad biológica.
Estos y otros problemas originados por la explotación de los combustibles fósiles en nuestro país han llevado a ciertos grupos a proponer el cambio de la matriz energética en nuestro país. Este es un tema importante y trascendente, por lo que requiere que los profesionales de la Ciencia y Tecnología lo analicen y expresen su opinión desde su formación en las universidades.

1. Carbón
1.1. Origen
Es un tipo de combustible fósil en forma de roca formada, en su mayoría, por carbón. Se origina de plantas de 1-400 millones de años que datan del periodo carbonífero, a partir de inmensos bosques tropicales y equisetos muertos que quedaban enterrados en los pantanos que habitaban. Estos pantanos por su naturaleza húmeda fomentaron que los vegetales terminan sumergidos y sin posibilidad de una descomposición común al estar sin contacto con el aire. Por ello, las bacterias anaeróbicas comienzan un proceso lento de descomposición en el que, después de muchos años, se pierden ciertos elementos y la concentración de carbón incrementa. A este proceso se le llama Carbonización o Carbonificación. (Schz 2020)

1.2. Características
Superficialmente se puede distinguir como una roca sedimentaria 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 gr/cm3(Subsecretaría de Minería:4). Sus características han convertido al carbón en uno de los pilares históricos para la producción de energía debido a sus componentes de alto peso molecular (en su mayoría carbono) y sustancias volátiles. Además, están sujetas a determinados factores como el lugar de extracción y la organización del almacenamiento. Por ello, sus características pueden ser expresadas por el promedio de estas variantes:
• Contenido de materiales volátiles: del 39 al 41%;
• Porcentaje de cenizas: 14-16%;
• Porcentaje de azufre: 0.5%;
• Contenido calórico: de 5400 a 7000 kcal / kg;
• Indicador de humedad: 13-15%.

Sin embargo, existen determinadas características, como la inflamabilidad, poder calorífico, porcentaje de materiales no combustibles y humedad, que clasifican al carbón en distintos tipos de carbón. Estas clasificaciones varían respecto al comercio, país, etc. Por ejemplo, la clasificación europea se basa en la medida de concentración del carbón:

• Turba (50 a 55 %) Es el primer carbón que se forma, posee un color verde parduzco, estructura porosa y al extraerse aún conserva mucha cantidad de agua. Por ello, requiere de un secado para utilizarlo como combustible. Cuando arde se desprende gran cantidad de humo y cenizas. Por su poca concentración se usa como combustible de baja calidad.
• Lignito (55 a 75 %) Se forma al comprimirse la turba. Posee un color negro pardo y textura fibrosa similar a la madera. Se le considera combustible de calidad media.
• Hulla (75 a 90 %) Se forma al comprimirse las capas de lignito. Es duro, de color negro opaco y graso. Es el tipo de carbón más abundante y por ende el más utilizado comúnmente.
• Antracita (90 a 95 %) Procede de la transformación de la hulla. Es negro, brillante y difícil de rayar. Se cataloga como el mejor de los tipos de carbono por su alto porcentaje, poder calorífico y poco desprendimiento de humo.

1. 3. Extracción
El carbón se extrae mediante la apertura de dos tipos de minas: de superficie (al descubierto) y subterráneas. En primer lugar, la extracción de superficie consta del proceso por el cual el material superior del suelo se rompe con explosivos y se retira con dragas excavadoras y camiones para posteriormente perforar, fracturar y extraer por tiras. Esto resulta rentable solo cuando la veta de carbón se encuentra cerca de la superficie (Payares 2014). Requiere de maquinaria grande para extraer el terreno de recubrimiento. La tierra extraída se coloca a montones.

En segundo lugar, la extracción subterránea posee dos métodos principales: extracción mediante planes y extracción por tajos largos, y la utilización de uno o del otro depende del lugar, pero siempre se basa en criterios económicos. Por un lado, en la extracción mediante pilares, los depósitos de carbón se extraen cortando una red de ‘salas’ en la veta de carbón y dejando ‘pilares’ de carbón para sujetar el techo de las minas. Por otro lado, la extracción por tajos largos supone la extracción completa del carbón de una sección de la veta utilizando rafadoras mecánicas mientras que unas fijaciones hidráulicas de avance automático sostienen el techo provisionalmente. (World Coal Institute : 7). Entre estos dos, cabe resaltar, existe una ventaja de la extracción mediante pilares, pues permite la producción del carbón más rápidamente y con un coste de maquinaria mucho más accesible que el necesario para la extracción por tajos (aprox. 5 millones y 50 millones respectivamente).

Por último, posterior a la extracción del carbón directamente extraído suele contener impurezas no deseadas naturales por su procedencia como rocas o suciedad. Por ello, sigue la preparación del carbón, la cual refiere al tratamiento del mineral bruto para asegurar una mejor calidad y puede diferir en el procedimiento dependiendo de la finalidad y propiedades del carbón.
1. 4. Usos y aplicaciones
El carbón posee varios usos importantes en la producción según su extracción y grado de concentración. Entre los más resaltantes están los siguientes:

· Combustible
· Carbón para líquidos
· Siderurgia
· Sinterización
· Cemento
· Productos químicos

1. 5. Impacto ambiental
Pese a su apariencia inofensiva, el carbón provoca serios daños al medio ambiente, principalmente porque su utilización como fuente de energía se da por medio de la combustión que libera grandes cantidades de gases. Además, las explotaciones mineras a cielo abierto también generan graves daños al medio ambiente, principalmente por los líquidos que se desprenden durante el proceso. “La quema del carbón es la principal causa a nivel mundial de emisiones de CO2, causantes del cambio climático. Es responsable de aproximadamente el 45% de las emisiones de CO2 del sector energético, del 40% de las de dióxido de azufre y del 15% de las de óxidos de nitrógeno y partículas. Supone un 28% en el mix de la energía primaria en el mundo y el 38% del de generación eléctrica.”(Greenpeace 2018:9)

En el proceso de combustión se liberan sustancias contaminantes que se vierten al medioambiente y que traen aparejados efectos nocivos como la lluvia ácida, el efecto invernadero y la formación de smog, tres de las grandes problemáticas ambientales de esta era. Durante la quema de carbón es la causante de toneladas de cenizas anualmente que terminan en lagos, arroyos y ríos, lo cual significa una contaminación gradual del agua, un recurso sumamente necesario. Asimismo, la minería también puede impactar de forma negativa en las fuentes de agua, fundamentalmente debido al agua que sale en el proceso de la extracción, pues suele ser muy ácida y con altas concentraciones de metales pesados.

Por su parte, la minería a cielo abierto destruye montañas enteras, bosques completos y hace que se pierda la cubierta vegetal, lo que impacta también en el ciclo hidrológico. Tras su extracción, el carbón se lava con agua y químicos para eliminar las impurezas antes de ser quemado. Este lodo de carbón resultante debe ser almacenado en piscinas bien impermeabilizadas. Pero lo cierto es que en ocasiones se producen filtraciones que contaminan ambientes cercanos y, considerando que las centrales térmicas de carbón necesitan estar cerca de una abundante fuente de agua para su refrigeración, es un peligro para la calidad del agua.

1. 6. Poder calorífico
El poder calorífico de un combustible es uno de los parámetros característicos que se refiere a la cantidad de calor que se libera al quemar la unidad (kilogramos o metro cúbico) de masa de un carbón en condiciones normalizadas. Uno de los productos de la combustión es el vapor de agua que, dependiendo de la temperatura de los productos, puede permanecer como vapor o líquido. 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, contabilizando 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.

2. Gas natural
2. 1. Origen
El gas natural es un hidrocarburo. En el caso del gas, es el componente más importante es el metano (CH4), está constituido por un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno; además, en menor proporción lo componen otros hidrocarburos, como el etano, butano, etc.
El origen del gas fue a través de la descomposición o degradación de materia orgánica, es decir, de organismos vivos minúsculos o del resto de animales que se acumularon en los fondos oceánicos o áreas ocupadas por agua. Diferentes procesos, como las altas temperaturas, grandes presiones y el accionar de bacterias, contribuyó a la formación del gas.

En la actualidad el gas natural es visto como una de las principales fuentes de energía, usadas para uso doméstico como para el uso industrial y comercial, este es un tipo de energía menos dañina para el medio ambiente.
2. 2. Características
El gas natural es una de las fuentes de energía fósiles más limpia ya que emite menos gases contaminantes (menor cantidad de CO2, CO, NO2, S y cenizas) por unidad de energía producida.

Composición y propiedades del gas natural
El gas natural se consume tal y como se encuentra en la naturaleza, desde que se extrae de los yacimientos hasta llegar a hogares y puntos de consumo, el gas natural no pasa por ningún proceso de transformación.

2. 3. Extracción
Diferentes estudios geológicos han determinado la presencia de bolsones de gas natural en el interior de la tierra. Para la extracción se perforan pozos y mediante estructuras metálicas se accede al hidrocarburo, esto permite el estudio de las características químicas, su volumen y profundidad, para definir si es explotable comercialmente. Generalmente se utiliza la técnica de perforación por rotación directa (la materia perforada se traslada a la superficie a través del interior del brazo perforador)

Se ha investigado y desarrollado nuevas formas de extracción del gas natural denominado “no convencionales”. Entre las principales nuevas de “gas no convencional” son los siguientes:
“Shale gas”: Los esquistos y las pizarras son formaciones minerales procedentes de sedimentos ricos en arcilla y de grano fino. Las propiedades de estas rocas hacen que sea difícil extraer el gas natural, ya que para liberarlo es necesario fracturar la roca a través de la técnica conocida como “fracking”.
“Tight sand gas accumulations”: Como consecuencia la baja permeabilidad de las acumulaciones de arena, el gas natural queda atrapado en ellas sin poder ascender a capas más superficiales. Como ocurre con el gas es necesario fracturar esta estructura para extraer el gas.
“Coalbed methane”: Encontramos el gas natural asociado al petróleo, también se puede encontrar asociado al carbón. Antiguamente esto suponía un problema a la hora de extraer el carbón de las minas. Actualmente se recupera este gas liberado en la extracción del carbón y se conduce a gasoductos.

2. 4. Usos y aplicaciones
Además del hogar, el gas natural tiene diferentes aplicaciones, ya sea en la industria o en el transporte y ofrece diferentes alternativas a las combustiones.
• Gas natural en el hogar
• Gas natural en los comercios
• Gas natural en la industria
• Gas natural en el transporte

2. 5. Impacto ambiental
El impacto ambiental del gas natural es menor de todas de sus etapas (extracción, elaboración, transporte y utilización), se comprobó que su primera fase puede desprenderse algunos contaminantes, esto se debe por el fracking, produce el punto más alto de contaminación de este combustible fósil. El fracking es la técnica que aumenta la extracción de gas y petróleo del subsuelo que consiste en fisurar la roca para que parte del gas pueda salir al exterior y luego se pueda extraer de una mejor manera a través de un pozo. Este sistema tiene muchas desventajas como la contaminación sonora, la contaminación de la atmósfera y puede generar temblores.
Debido a esto, se ha reemplazado con diferentes técnicas, una de ellas es la tecnología “octopus”. Este método perfora simultáneamente cientos de microlaterales, lo que evita perder el tiempo cambiando continuamente la herramienta y tener que entrar y salir del pozo. La tecnología “octopus” reduce el impacto ambiental, aumenta la productividad y evita la contaminación de millones de litros de agua limpia. Además, disminuye el riesgo de sismos generados por la inyección de agua contaminada en el subsuelo.
En un principio, el gas natural fue utilizado únicamente como combustible para iluminación; sin embargo, en la actualidad ya puede ser empleado para otros propósitos. Aunque sea reconocido como un combustible más ecológico que el carbón y el petróleo, también causa efectos negativos en el medio ambiente, principalmente, en el momento de la extracción, lo que provocó el rechazo a los procesos extractivos como el fracking.
2. 6. Poder calorífico
Poder calorífico según componentes del gas natural

El consumo de energía de un país está relacionado con el nivel de evolución de su economía. Perú es un país que se encuentra en pleno desarrollo, presenta un crecimiento exponencial con respecto al consumo de energía. En el año 2010 el país planteó cambios en la matriz energética con el fin de obtener un desarrollo sostenible. El Perú abastece su consumo de energía a través del uso de combustibles fósiles, los cuales tiene un impacto negativo para el medio ambiente.
Según el balance nacional de energía del 2018, las emisiones de gases como el dióxido de carbono, el metano y el óxido nitroso, como consecuencia de la transformación de la energía primaria en secundaria y el uso final de la energía, tiende a aumentar con el paso de los años. Siendo principalmente las producidas por combustibles fósiles.

El proceso extractivo de los combustibles fósiles presenta un gran impacto negativo a nivel ambiental. En el Perú se cuenta con una gran cantidad de yacimientos de carbón antracita. Las principales regiones son Lima, Áncash y La Libertad y estas se ven afectadas por estos procesos.
Perú genera la mayor cantidad de energía eléctrica a partir del uso de centrales hidroeléctricas, sin embargo, este tipo de centrales genera un volumen de emisión de dióxido de carbono en el proceso de operación, durante la fase de construcción este puede provocar algunos efectos adversos al ambiente.
Es por ello que el Perú se ve en la necesidad de modificar su matriz energética, para que logre cubrir la creciente necesidad energética del país, pero sin dejar de lado el desarrollo sostenible que viene junto con el crecimiento que desarrolla.

3. Petróleo

3.1. Origen
El petróleo proviene de material orgánico descompuesto que, debido a la sedimentación natural, fueron enterrados bajo considerables capas sedimentarias y expuestos a temperaturas y presiones sumamente altas. El material orgánico pasa por fases para transformarse en lo que hoy conocemos como petróleo. Estas fases se dividen en 4: Diagénesis, Catagénesis, Metagénesis y Metamorfismo.

En la Diagénesis, a través de las bacterias, el material orgánico se transforma en kerógeno. En la Catagénesis, el kerógeno se convierte en hidrocarburo líquido a causa de las altas temperaturas. En la Metagénesis, se forman gases debido al creciente aumento de temperatura. Finalmente, en el Metamorfismo, los hidrocarburos se degradan a una temperatura por encima 210 °C.

Luego de haberse formado completamente, el petróleo está sujeto a una serie de movimientos, se traslada mediante fenómenos geológicos denominadas migraciones. Las migraciones se dividen en 2. En la primera migración, también denominada migración primaria, debido al fracturamiento de roca, el petróleo emerge en las formaciones geológicas superiores. En la segunda migración, una capa de roca impermeable, denominada trampa, bloquea el petróleo emergente.

3.2. Características
En general, el petróleo es un líquido natural aceitoso e inflamable. Presenta características físicas y químicas.
Algunas características físicas son:
– Densidad: Entre 0,75 – 0,95 Kg/L
– Olor: Los hidrocarburos no saturados presentan un olor desagradable mientras que los petróleos crudos tienen olor aromático.
– Color: El color varía de amarillo al rojo pardo hasta el negro.
– Viscosidad: Entre 1 cP – 10 cP (centipoise)
– Volatilidad: Depende del porcentaje de elementos del petróleo.
Las características químicas principales son:
– Porcentaje de Carbono: 83% – 87%
– Porcentaje de Hidrógeno: 11% – 14%
– Compuestos en impurezas: Azufre, oxígeno, nitrógeno, mercaptanos, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno.

3.3. Extracción
La extracción o elevación consiste en el flujo de los fluidos producidos, que se producen de forma espontánea o artificialmente del depósito hasta la superficie.
La elevación puede ser natural, cuando el flujo de fluidos (aceite, gas o agua) llega espontáneamente a la superficie debido a la alta presión de líquido en los depósitos, o artificial.
Existen las siguientes formas de levantamiento artificial:
• Gas lift: se introduce gas comprimido en la columna de producción

3.4. Usos y aplicaciones:
Los usos principales del petróleo en el mundo moderno derivan en la producción de energía. No obstante, sus aplicaciones se diversifican a lo largo de todas las industrias mediante la petroquímica. Los principales usos y aplicaciones del petróleo son:
Energéticos: combustibles específicos para el transporte, la agricultura, la industria, la generación de corriente eléctrica y para uso doméstico.
Productos especiales: lubricantes, parafinas, asfaltos, grasas para vehículos y productos de uso industrial.
Materias primas para la industria petroquímica básica: plásticos, acrílicos, guantes, pinturas, envases diversos, detergentes, fibras textiles, insecticidas, etc.

3.5. Impacto ambiental:
Con el sistema actual para conseguir energía, la extracción petrolera es fundamental. Sin embargo, esta actividad engloba un impacto sumamente alto para el ambiente y en la biodiversidad a nivel local y global. El impacto del petróleo se puede categorizar en diferentes ámbitos:
Derrames: Produce muerte de los organismos por asfixia, destrucción de los organismos jóvenes o recién nacidos, efectos negativos sobre la reproducción y propagación a la fauna y flora marina, destrucción de las fuentes alimenticias de las especies superiores, incorporación de carcinógenos en la cadena alimentaria.

Gases de combustión: El uso del petróleo se basa principalmente en la combustión para producir energía. La combustión del petróleo genera una ingente cantidad de gases de efecto invernadero, lo cual afecta directamente a la atmósfera.

Suelo: Los efectos sobre el suelo se deben al desmalezado y alisado del terreno y al desplazamiento y operación de equipos pesados. Por otro lado, los derrames de petróleo y los desechos producen una alteración del sustrato original en que se implantan las especies vegetales dejando suelos inutilizables durante años.

3.6. Poder calorífico
El poder calorífico del petróleo bruto se conforma por dos valores, el poder calorífico superior y el poder calorífico inferior. Estos valores son:
Poder calorífico superior (PCS): 47970 kJ/kg
Poder calorífico inferior (PCI): 40895 kJ/kg

POSTURA

Como ya han observado, los combustibles fósiles como el gas natural, el carbón y el petróleo son las fuentes principales de energía en todo el mundo, las cuales han permitido el desarrollo tecnológico e industrial de muchos países. Sin embargo, el impacto que generan a la hora de su extracción y de su uso, han hecho grandes daños en el planeta ya que a la hora de realizarse el proceso de combustión para obtener energía liberan una gran cantidad de CO2 al ambiente, generando así el efecto invernadero que calienta nuestro planeta. El Perú abastece su consumo de energía a través del uso de combustibles fósiles, los cuales tiene un impacto negativo para el medio ambiente. Según el balance nacional de energía del 2018, las emisiones de gases como el dióxido de carbono, el metano y el óxido nitroso, como consecuencia de la transformación de la energía primaria en secundaria y el uso final de la energía, tiende a aumentar con el paso de los años. Siendo principalmente las producidas por combustibles fósiles.

4.1. Propuestas del cambio de matriz energética en el 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. Promueve la formación de una cultura eficiente y racional de la energía a su vez, conduce la planificación energética y se encarga de proponer y expedir según sea el caso.
En primera instancia, se promueve el desarrollo de energías renovables, y estas provienen del sol, el viento, el agua, etc. Entre las tecnologías de recursos energéticos renovables estas presentan un gran desarrollo Perú:
Energía Solar:
La energía solar es aquella que se obtiene de la radiación que llega a la tierra en forma de luz, calor o rayos ultravioletas. Es un tipo de energía limpia, renovable por lo que su fuente es el sol es un recurso ilimitado.
En Perú se cuenta con un gran potencial en el desarrollo de energía solar principalmente a lo largo de la costa meridional de Arequipa, Moquegua, Tacna, debido a que estas zonas su radiación media diaria anual es alrededor de 250 vatios por metro cuadrado.

Energía Eólica:
Utiliza la fuerza del viento para generar energía eléctrica. Para esto se hace uso aerogeneradores, los cuales mueven una turbina y consigue transformar la energía cinética del viento por energía mecánica.
En Perú se estima un potencial de energía de 77000 MW, de los cuales más 22000 MW se pueden explotar. Este potencial se ubica en las zonas costeras del Perú, dado que el anticiclón del Pacifico y de la Cordillera de los Andes, tiene gran influencia en la generación de vientos de la región costera. Perú cuenta con 5 centrales eólicas.

Energía geotérmica:
La energía geotérmica es un tipo de energía que usa calor almacenado en el interior de la corteza terrestre. Se trata de una energía renovable e incuantificable. La energía geotérmica aprovecha a la energía almacenada en el interior de la tierra en forma de agua caliente, vapor de agua y roca de seca caliente.
El Perú presenta gran potencial en el desarrollo de este tipo de energía, dado que se encuentra en el anillo del fuego, esta zona es muy característica por la alta actividad volcánica y sísmica.

Referencias

BRAVO, Elizabeth
2007 Los impactos de la explotación petrolera en ecosistemas tropicales y la biodiversidad
[informe]. Quito. Consulta: 22 de abril de 2021
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2012 Impactos ambientales del petróleo [informe]. México. Consulta: 22 de abril de 2021
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MUSEO DEL PETRÓLEO
2021 “Usos del petróleo”. En petroperu.com.pe. Consulta: 22 de abril de 2021
https://www.petroperu.com.pe/museo/usos-del-petroleo/

PAYARES, Rafael
2014 Todo sobre el carbón. Consulta: 17 de Abr. de 21
https://carbon-unilibre.webnode.com.co/extraccion-del-carbon-/

SCHZ, Mar
2020 “Cómo se forma el carbón”. En Ecología verde. Consulta: 17 de Abr. de 21
https://www.ecologiaverde.com/como-se-forma-el-carbon-2747.html

SERVICIO GEOL ÓGICO MEXICANO
2017 “Características del petróleo”. En gob.mx. Consulta: 22 de abril de 2021
https://www.sgm.gob.mx/Web/MuseoVirtual/Aplicaciones_geologicas/Caracteristicas-del-petroleo.html

SUBSECRETARÍA DE MINERÍA
2017 Perfil de Mercado del Carbón. Ciudad de México
https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/287796/Perfil_Carbon__2017.pdf

WORLD COAL INSTITUTE
2011 El carbón como recurso: una visión general del carbón. Consulta: 18 de Abr. de 21