Energías no renovables

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Autores:

Frank Rohoy Saire Aguilar
Natalia Sofia Hoyos Quispe
Lely Nicole Fernández Risco
Mahli Halabbi Bottoni Pinto

En los últimos años el ser humano se ha encaminado en la búsqueda de fuentes energéticas que le permitan desarrollarse eficientemente en el ámbito tecnológico, social, político y económico. La evidencia se puede apreciar con solo observar por la ventana a un auto que se desplaza a lo largo de la carretera, pero ¿Qué ocasiona que el auto se desplace a lo largo de una carretera? Se puede argumentar diferentes factores que ocasionan el movimiento para que esto suceda; no obstante, estaremos de acuerdo en afirmar que el auto necesita “algo” que lo dote de energía para su movilización, pero exactamente ¿Qué es la energía? La energía es una propiedad de la materia que permite realizar cambios en la misma; en otras palabras, la energía se define como la capacidad para realizar trabajo, de producir movimiento o generar cambios. Como sabemos, en el planeta tierra existen diversos tipos de energía, además de fuentes energéticas que son elementos de la naturaleza capaces de suministrar energía. Estas fuentes energéticas se dividen en energías renovables y no renovables, pero durante la revolución industrial el uso por las fuentes no renovables se volvió prioritario y eso se debe a los grandes beneficios que nos han traído durante los últimos años. Dentro de las energías no renovables encontramos a los conocidos combustibles fósiles que durante mucho tiempo nos han permitido un gran avance en diferentes ámbitos.

 

Combustibles fósiles

Los combustibles fósiles son lo que conocemos como fuentes de energía no renovables. Este tipo de fuentes como el carbón mineral, el petróleo y el gas natural son las principales a nivel mundial y se formaron a lo largo de millones de años, a partir de la descomposición de plantas y animales, y se están agotando a una tasa que rebasa mucho su capacidad de regeneración.

Gas natural: Consiste en la mezcla de hidrocarburos gaseosos, compuestos de hidrógeno y carbono. Principalmente contiene metano(CH4), con pequeñas cantidades de etano (C2H6), propano (C3H8) y butano(C4H10).

Petróleo: Es un líquido formado por cientos de compuestos, la mayoría de los cuales son hidrocarburos, y el resto consiste casi exclusivamente de compuestos orgánicos que contienen azufre, nitrógeno u oxígeno.

Carbón mineral: este sólido está formado de hidrocarburos con elevada masa molecular, así como compuestos que contienen azufre, oxígeno y nitrógeno. Este combustible fósil es el más abundante y puede durar de 100 años a más dependiendo de la tasa de consumo.

Petróleo

Fuente: https://t1.ev.ltmcdn.com/es/posts/1/9/0/el_petroleo_es_un_recurso_renovable_3091_orig.jpg

Origen

Se desconoce el origen del petróleo, pero existen teorías al respecto. Una de las teorías lo considera un hidrocarburo de origen fósil, producto de la acumulación de cantidades de materia orgánica (zooplancton y algas). Así se generaron las condiciones de presión y de calor que en teoría desataron los procesos químicos y físicos de transformación. Otra de las teorías considera que proviene de fuentes abiogénicas; es decir, no proviene de la materia orgánica.

Características

El petróleo es un líquido denso, viscoso, de colores que tienden a negro o amarillo, debido a la concentración de hidrocarburos. Su olor desagradable se debe a su contenido de sulfatos y nitrogenados.

En base a su densidad, se puede distinguir tipos de petróleos:

  • Crudo liviano o ligero. Presenta gravedades por encima de 31,1 °API.
  • Crudo medio o mediano. Oscila entre 22,3 y 31,1 °API.
  • Crudo pesado. Presenta gravedades de entre 10 y 22,3 °API.
  • Crudo extrapesado. Posee gravedades menores a 10 °API.

De acuerdo a estos datos, mientras más baja sea su gravedad, más denso será el petróleo y por ello será más difícil su extracción.

Extracción

El petróleo se extrae de sus lugares de formación en el subsuelo. Para ello emplean instalaciones conocidas como pozos, que se ubican sobre los yacimientos petroleros. Estos yacimientos se encuentran en lugares cercanos a los del gas natural. Los depósitos de petróleo se encuentran en las capas inferiores de la corteza terrestre. Es ahí donde puede extraerse el líquido empleando diversas técnicas, de acuerdo a la naturaleza del suelo y a la disposición geográfica, que puede ser en tierra firme o en el lecho marino o de ríos, lagos, etc.

Usos

  • Nafta o ligroína (150 °C). Es una mezcla de compuestos muy inflamables y volátiles, empleada como disolvente no polar y como base para elaborar otros compuestos orgánicos.
  • Gasolina (200 °C). El combustible usado para motores de combustión interna, como los de los vehículos automotores, que varía en rango de acuerdo a su octanaje o pureza.
  • Keroseno (300 °C). El querosén es un combustible de baja pureza y poco rendimiento, pero mucho más económico y fácil de obtener que la gasolina. Se usa como solvente, base para pesticidas y para alumbrar o cocinar.
  • Gasóleo (370 °C). También llamado diésel, es un combustible hecho casi totalmente de parafinas. Es ideal para calefacciones y motores fuera de borda (o motores diésel), más económicos, pero de mucho menor rendimiento.
  • Fueloil (400 °C). El combustible más pesado que puede derivarse a presión atmosférica del petróleo. Es empleado para alimentar calderas, hornos y también como material de destilación, en la obtención de asfaltos, aceites lubricantes, etc.

Uso cotidiano del petróleo. Fuente: https://3.bp.blogspot.com/-bVEH0tKEcF0/XA5My_CwxMI/AAAAAAAAFjQ/d5Fx7H85CeATQGyestBPyhDerfuJhUvhQCLcBGAs/s1600/Uso%2Bcotidiano%2Bdel%2Bpetr%25C3%25B3leo.jpg

Principales exportadores en el mundo

  • En África. Argelia, Angola, Gabón, Guinea Ecuatorial, Libia y Nigeria.
  • En Medio Oriente. Arabia Saudita, Emiratos Árabes Unidos, Irak, Kuwait y Catar.
  • En Europa. los países nórdicos como Noruega, Dinamarca y Reino Unido, así como en Rusia, Rumanía, Serbia, Ucrania, Polonia, Bulgaria, Croacia y Georgia.
  • En Oceanía. Australia y Nueva Zelanda.
  • En América. Estados Unidos, Canadá, México, Argentina, Brasil, Guyana, Surinam, y sobre todo Ecuador y Venezuela, este último con las mayores reservas mundiales comprobadas

Impacto ambiental

Los derrames de crudo son una verdadera tragedia ecológica, pues afectan al ecosistema en donde se produce. Perjudican catastróficamente a la fauna y la flora, así como a las actividades económicas que de ellas dependen (pesca, turismo, etc.).

Impacto del petróleo. Fuente: https://ichef.bbci.co.uk/news/640/cpsprodpb/F140/production/_122906716_hi073206794.jpg

Video: Así se produce y transporta el petróleo 

Gas natural

Fuente: https://www.rumbominero.com/peru/noticias/hidrocarburos/reservas-de-gas-natural-en-el-peru-cubre-la-demanda-por-24-anos-mas/

Origen

El origen del gas natural se encuentra en los procesos de descomposición de la materia orgánica que tuvieron lugar entre 240 y 270 millones de años, durante la Era del Mesozoico, cuando los grandes reptiles y dinosaurios habitaban el planeta. Esta materia orgánica provenía de organismos planctónicos que se fueron acumulando en el fondo marino de plataformas costeras o en las cuencas de profundos lagos, y que se fueron enterrando bajo sucesivas capas de tierra por la acción de fenómenos naturales.

Así sus compuestos fundamentales (grasa y proteínas) fueron descompuestos muy lentamente en ausencia de oxígeno por la acción bacteriana. Los gases generados, por diferencia de presiones, fueron ascendiendo por las rocas porosas de la corteza terrestre hasta llegar a capas de terreno impermeable bajo las cuales quedaron retenidas originando las grandes bolsas o yacimientos.

Características

El gas natural está compuesto principalmente de metano; además de ser entre 35% y 40% más liviano que el aire, lo que significa que se disipa en la atmósfera en caso de fuga, disminuyendo el peligro de explosión. En su estado original el gas natural es insípido, incoloro e inodoro; es decir, no tiene sabor, color, ni olor. Este combustible fósil no produce envenenamiento al ser inhalado. La razón es que ninguno de sus componentes (metano, etano, nitrógeno, dióxido de carbono) es tóxico. Además, posee un rango de inflamabilidad muy limitado, ya que, en concentraciones en el aire, por debajo del 4% y por arriba aproximadamente el 14% no se encenderá. Su temperatura de ignición alta y su rango de inflamabilidad limitado reducen la posibilidad de un incendio o explosión accidental.

Es común conseguir el gas natural en una proporción de:

85% de metano

10% de etano

3% de propano

0.1% de butano

0.7% de nitrógeno  

Extracción

Una vez que el gas natural se detecta en yacimientos bajo tierra firme o bajo del mar, se procede a su perforación. Estos depósitos suelen encontrarse entre 1,5 a 4 km de profundidad.

La extracción del gas natural se obtiene utilizando una técnica de perforación por rotación directa. Durante este procedimiento, la materia perforada se traslada a la superficie a través del interior de un brazo perforador.

El siguiente paso es la extracción, que puede ser por barco (GNL) o a través de gasoductos. Este sistema de conducción está compuesto por tuberías de grandes dimensiones que transportan el gas natural a gran escala para distribuirlo por los hogares.

Extracción. Fuente: http://nativesac.com/wp-content/uploads/2018/11/extracci%C3%B3n-ilustraci%C3%B3n.png

Usos y Aplicaciones

Por su composición y propiedades, este combustible fósil puede utilizarse en diversas actividades, tanto a nivel productivo como de uso diario. Algunas de estas son las siguientes:

  • Generador de energía eléctrica en centrales termoeléctricas.
  • Generación de calor en procesos industriales.
  • Combustibles domésticos para la cocción de alimentos, calentamiento de agua y calefacción, entre otras aplicaciones.

Es adecuado para la fabricación de amoniaco, producto de base de toda industria de abonos nitrogenados, y de metanol, producto que se utiliza para fabricar plásticos y proteínas sintéticas.

Fuente: https://serviciosgdp.com/wp-content/uploads/2016/05/GAS.jpg

Principales exportadores

Estados Unidos: 921 mil millones de metros cúbicos.

Rusia: 679 mil millones de metros cúbicos.

Irán: 244 mil millones de metros cúbicos.

Qatar: 178 mil millones de metros cúbicos.

China: 178 mil millones de metros cúbicos.

Canadá: 173 mil millones de metros cúbicos.

Impacto Ambiental

El gas natural es el combustible fósil con un menor riesgo de impacto ambiental, ya que su estado gaseoso y su composición hace que no comporte efectos negativos para las aguas o el suelo si se produce un escape. Sin embargo, solo en las etapas de explotación, extracción y transporte, en las que hay una intervención física sobre el territorio, se pueden realizar actividades que pueden resultar perturbadoras para la fauna, la flora o los ecosistemas locales.

Fuente: https://www.greenteach.es/wp-content/uploads/2017/12/gas-natural-2.jpg

Video: ¿Qué es el gas natural y para qué sirve?

Carbón mineral

Fuente: https://www.carbones-avante.com.mx/blog/articles/Usos-del-carbon-mineral-

Origen

Esta roca empezó a formarse hace millones de años, a partir de la vegetación existente. Los grandes depósitos de carbón comenzaron a generarse en el periodo Carbonífero a partir de la descomposición lenta de la materia orgánica de los bosques, acumulada en zonas pantanosas, lagunares y deltas fluviales. Estos componentes orgánicos sepultados sufrieron un proceso de fermentación en ausencia de oxígeno, debido a la acción conjunta de microorganismos, en condiciones de presión y temperatura adecuadas, proceso conocido como carbonificación.

Características

El carbón es una roca sedimentaria de origen biogénico, ya que según el medio donde se forma, permite la acumulación tanto de materia mineral como de materia orgánica. Adicionalmente, esta roca presenta un color negro, lo cual genera que tenga poca capacidad de reflejar luz, esto debido a que está compuesto principalmente de carbono. Por otro lado, el carbón tiene una gran capacidad para producir calor, por esto es considerado un material combustible, que se oxida liberando energía, tanto por su contenido de compuestos alifáticos como de compuestos aromáticos; además, es el más abundante entre los más conocidos (petróleo, carbón y gas natural).

El carbón se puede clasificar por su contenido en carbono:

  • Turba: Carbón de baja calidad con una mínima potencia calorífica; se forma preferentemente en zonas donde predominan los esfagnos, propios de lugares húmedos.
  • Lignito: Carbón fósil de formación posterior a la hulla. Se trata de un combustible de calidad media.
  • Hulla: Carbón natural negro que se formó en el Carbonífero a partir de vegetales de esa era.
  • Antracita: Carbón natural de muy alto poder calorífico, arde con dificultad, pero desprende mucho calor.

Extracción

Tradicionalmente el carbón se extrae por dos métodos: minería subterránea o minería de superficie. La minería de superficie es más sencilla que la subterránea y permite mayores rendimientos pues se puede utilizar maquinaria grande y potente. Además, es menos peligrosa para los mineros. Lo negativo de este método es que afecta de manera más visible al entorno si no se hacen las correcciones necesarias. Por el contrario, con la minería subterránea se genera una menor cantidad de escombros y se producen menos impactos negativos desde un punto de vista medioambiental. Adicionalmente, en la actualidad existen otras técnicas de extracción que se están desarrollando, como la gasificación in situ (Gasificación de Carbón Subterránea) o el “Coal Bed Methane” que es el aprovechamiento del gas contenido en sus capas. La elección del método de explotación, depende de la topografía, de la profundidad de las capas, de la geología, de la tecnología disponible, etc.

Fuente: https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-291a3722be4fd74a6a1e225cf510e94a

Usos

  • Generación de electricidad: El carbón representa aproximadamente un 40% de los combustibles utilizados para producir aproximadamente el 37% de la electricidad generada en el mundo.
  • Producción de acero: Alrededor del 70% de la fabricación del acero se basa en diferentes procesos de fusión y tratamiento del hierro, mediante la utilización del coque de carbón.
  • Producción de cemento: El cemento es primordial para la construcción edificios, fábricas, carreteras, etcétera, y la mayoría de las fábricas de cemento se abastecen de carbón para obtener el calor necesario en su proceso de fabricación.
  • Otros usos: Aunque se utilice en menores cantidades también es necesario en industrias que requieren calor, para obtener vapor de agua, en la industria cerámica, en la industria del vidrio, etc.

Impacto Ambiental

El carbón es la fuente de electricidad con mayor letalidad que existe en el planeta. La quema de este mineral desprende contaminantes aéreos peligrosos que pueden expandirse cientos de kilómetros. Estos gases contribuyen a incrementar el efecto invernadero natural del planeta. Como consecuencia se produce el calentamiento global, cuyo resultado es el cambio climático en la Tierra. Además, la emisión de sulfatos y nitritos también provoca lluvia ácida que a la vez daña esteros, bosques, suelos y cosechas.

La combustión del carbón genera desechos contaminados con químicos tóxicos como, por ejemplo, arsénico, cadmio, selenio, plomo y mercurio. Los desechos de este proceso a veces se guardan en lagunas o vertederos de desechos que a menudo no se sellan de manera adecuada. Los contaminantes pueden llegar a filtrarse hacia las aguas superficiales y napas subterráneas de las que dependen las personas para obtener agua potable.

Fuente: https://geoinnova.org/wp-content/uploads/2021/08/carbon_1.jpg

Video: Carbón como fuente de energía

PODER CALORÍFICO

Es la cantidad de energía, la cual se desprende en la reacción de combustión (unidad de masa de combustible). Además, es también la cantidad de calor que se entrega un kilogramo de combustible al momento de que se oxida en forma completa. Existen dos formas de medir la magnitud del poder calorífico:

  • 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 está condensado y se contabiliza.

  • Poder Calorífico Inferior(PCI)

Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de combustible a excepción de la parte que corresponde al calor latente del vapor de agua de la combustión, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor.

En la siguiente imagen se muestra una tabla de los combustibles con su poder calorífico.

Valores energéticos y composiciones de algunos combustibles comunes. Fuente: Brown. Química: La ciencia central , página 190

¿Qué pasaría si dejamos de quemar combustibles fósiles ahora?

El uso de combustibles fósiles nos ha traído diversos beneficios a la sociedad y sin ellos no podríamos sostenernos. En la actualidad, los combustibles fósiles forman una parte importante de nuestro día a día gracias al poder calorífico que tienen y eso nos beneficia al utilizarlos como fuentes energéticas viables. Como se observa en la realidad los seres humanos presentamos diversas necesidades y una de ellas es el transporte; por supuesto los combustibles fósiles dotan a los diferentes medios de transporte de energía para que nuestra movilización sea más eficiente; además, la quema de estos combustibles a nivel mundial constituye un porcentaje mayor en comparación a las fuentes renovables en cuanto a la producción eléctrica, en otras palabras, gracias a la quema de combustibles fósiles las personas gozan de ciertos servicios como el internet, alumbrado público, calefactores, entre otros. Desde luego, otro beneficio que presentan es la producción de plástico, el plástico se utiliza en la fabricación de diferentes dispositivos electrónicos, materiales de construcción, conservación de alimentos y se utiliza en medicina avanzada y sistemas de seguridad. Además ser las fuentes energéticas más económicas con las que contamos; su explotación y extracción ocasionan consecuencias ambientales a nivel mundial; también son una fuente que se agota de forma muy rápida debido al consumo excesivo y ocasionan consecuencias significativas que dañan el medio ambiente, uno de las principales causas son los gases de efecto invernadero que producen; sin embargo, se aprende a regular el consumo de este tipo de fuentes energéticas y se tiene cuidado en los procesos llevados a cabo para su extracción no afectarían de forma significativa a nuestro medio ambiente; y aun así nos seguiríamos beneficiando de su eficiencia energética para diferentes ámbitos.

Al dejar de quemar combustibles fósiles nos estaríamos privando de diversos recursos que se consiguen gracias a los combustibles fósiles y que satisfacen nuestras necesidades. Sin ellos sostenernos actualmente no sería fácil, la mayoría de la población pasaría por etapas muy difíciles gracias a la privación de su uso. Por ello, los combustibles fósiles se han vuelto una parte fundamental de nuestra vida y no necesariamente todas sus aportaciones son negativas.

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