Autores:

• Luciano Israel Salcedo Andrade
• Xiomara Alejandra Condori Guzmán
• Jesús Emiliano Julca Enrique
• Leonardo Martin Garay Obregón

Introducción:

La crisis climática ha puesto en evidencia la necesidad de fuentes de energía sostenibles que reduzcan la dependencia mundial de los combustibles fósiles. Si bien estos han impulsado el crecimiento económico y tecnológico durante décadas, también han generado graves consecuencias ambientales. En este contexto, el artículo “Desarrollo de combustibles sintéticos: ¿Qué nos espera?” presenta a los combustibles sintéticos, o e-fuels, como una alternativa emergente dentro de la transición energética global.

Estos combustibles, obtenidos a partir de dióxido de carbono (CO₂ ) capturado y agua mediante electricidad renovable, imitan las propiedades de la gasolina, el diésel o el queroseno, lo que permite utilizarlos en la infraestructura existente. Su mayor potencial se encuentra en sectores difíciles de electrificar, como la aviación, el transporte marítimo y el transporte pesado, ya que ofrecen alta densidad energética sin competir con la producción de alimentos ni requerir extensas áreas de cultivo. Sin embargo, aún enfrentan desafíos significativos relacionados con sus costos, el alto consumo de energía renovable y la necesidad de políticas que respalden su desarrollo.

A continuación, se ofrecerá una sección informativa sobre los combustibles fósiles y sus poderes caloríficos. Es decir, aquellos que fueron originados por la descomposición de materia orgánica: el carbón, petróleo y gas natural. Finalmente, se presentará la postura del grupo respecto al artículo analizado, a fin de reflexionar sobre la alternativa de los combustibles sintéticos.

1. Carbón

1.1 Origen:

El carbón es una roca sedimentaria de origen orgánico generada por la carbonificación de restos vegetales y animales. Este proceso marca la transformación progresiva de los residuos que se desarrolla durante millones de años.

En primer lugar, se requiere la acumulación de materia orgánica en ambientes con bajo oxígeno para evitar la descomposición total y preservar el carbono. Este fenómeno se considera inusual, debido a que se concentró en determinados periodos de la historia geológica. Específicamente, en el Carbonífero hace 358,9 millones de años a 298 millones de años aproximadamente, se formaron los depósitos más antiguos en lagunas saladas, zonas pantanosas o manglares de zonas tropicales con una alta actividad biológica. En efecto, la etapa inicial necesita condiciones particulares de clima y humedad para la formación de los yacimientos conocidos como turbas.

La etapa posterior corresponde a la carbonificación de la turba bajo factores de tiempo, temperatura sobre 100ºC y presión como resultado de su enterramiento y compactación. A medida que crece el contenido de carbono lentamente, los cambios físico-químicos de la materia orgánica producen distintas variedades del rango de carbón que comienza con lignito (rango bajo), luego con los bituminosos o hulla (rango medio) y termina en antracítos (rango alto). La Figura 1 muestra de manera simplificada el proceso descrito.

1.2 Características:

El carbón se destaca por su alto contenido de materia orgánica, bajo el microscopio se denomina maceral. Además presenta diversas clases de materia inorgánica. Según Mejía (2014), las características físico-químicas dependen principalmente de la composición de ambos. Por el lado del maceral incluye celulosa que se divide en los grupos de vitrinita, leptinitas e intertinitas, mientras que por la parte inorgánica predominan los minerales de arcilla y pirita, entre otros. Debido a su estructura orgánica amorfa tienden a ser blandos (p. 4-10 y 34):

Turba: Se origina en la etapa más temprana y de menor rango se caracteriza por un contenido de carbono menor de 60% y una humedad superior al 75%. Durante su formación, la parte orgánica sufre una descomposición anaeróbica a cargo de bacterias que consumen el oxígeno. Luego se libera ácido húmico y huminas para formar eventualmente la vitrinita, desprendida de las paredes de las células vegetales. La profundidad entre la turba y el siguiente rango se establece entre 200 y 400 metros. (Mejía, 2014, p. 34-40)

Lignito: A medida que crece el rango del carbón, la reflectancia de la vitrinita aumenta alrededor de un 0,4%. Además, el porcentaje de carbono está entre el 60% y 75%, la humedad es menor al 75%. (Mejía, 2014, p. 34)

Bituminoso (hulla): Los componentes del grupo maceral liptina pierden progresivamente su fluorescencia, su reflectancia se sitúa entre el 0,55% y 1,3% (Carrascal, 2000, p. 20). La hulla contiene entre 75% y 85% de carbono y es el más abundante entre los rangos.

Antracita: A comparación del resto es la que posee mayor poder calorífico, ya que al contener más carbono entre 85% y 98% la combustión libera mayor cantidad de energía. Por ello, para formarse requiere altas presiones y temperaturas de 170ºC a 250ºC. La Figura 3 muestra de manera resumida las principales características: (Curipoma, 2014, p. 2)

1.3 Extracción:
Para la extracción del carbón se consideran dos tipos principales de explotación: la minería subterránea y la minería a cielo abierto.

Minería subterránea:

En este tipo de explotación, se conecta el subsuelo con la superficie mediante pozos verticales o planos inclinados. Un aspecto crítico es el control y seguridad mediante la ventilación para eliminar gases peligrosos como el gas grisú, el dióxido de carbono (CO_2) y el monóxido de carbono (CO).

Uno de los métodos de extracción es denominado cámaras y pilares, que se caracteriza por la creación de cámaras mientras se dejan pilares de carbón sin extraer para asegurar la estabilidad temporal del espacio generado. Dentro de las cámaras se realizan operaciones de cargue, transporte y en una etapa posterior se provoca el colapso del techo controladamente. (Altamirano, 2008, p. 3)

Otro de los principales métodos se conoce como tajo largo. Este consiste en la extracción del carbón a lo largo de un frente recto mediante una máquina rozadora de tambor giratorio o con explosivos, y a medida que se avanza se derrumba el techo por detrás. Por su característica quebradiza, el carbón cae sobre un transportador que lo deposita en una galería general, por lo que no es necesario realizar operaciones de perforación o voladura. (Herrera, 2014, p. 101-103)

Minería a cielo abierto:

La minería a cielo abierto del carbón se suele aplicar por lo general cuando el yacimiento está ubicado a menos de 50 metros. El proceso comienza cuando se remueve la capa superficial de rocas estériles y material vegetal, esto permite exponer los rangos bajos-medios en la clasificación del carbón. Mediante voladuras con explosivos o maquinaria pesada se diseña la mina en forma de escalones horizontales, lo que permite recuperar más del 90% del recurso. El siguiente video muestra un ejemplo de la voladura a cielo abierto:

Video 1
Minería a cielo abierto del carbón

Jueves1989. (2011, abril 13). Voladura mina de carbón-Puertollano [Video]. YouTube.

1.4 Aplicaciones:

Combustible pulverizado:

En esta aplicación el carbón pasa por una reacción de combustión en una caldera para producir vapor, el cual a su vez mueve unas turbinas que producen corriente eléctrica.
Primero es necesario que tenga un bajo contenido de materia inorgánica y azufre para la pulverización.

Coque de carbón:

El coque de carbón es un producto de la pirólisis de la hulla en ausencia de aire. Esta descomposición térmica a altas temperaturas del material orgánico se usa principalmente en la industria metalúrgica para la fabricación de acero y aluminio. Además, como aplicaciones domésticas puede ser usado como energía térmica para hornos y calefacciones.

1.5 Impacto ambiental:

A pesar de las útiles aplicaciones del carbón mediante la combustión, según Altamirano (2008) esta misma produce gases contaminantes para la salud y perjudiciales para el crecimiento de vegetación como el dióxido de carbono (CO_2), óxidos de azufre (SO_2) y de nitrógeno (NO_2), además de metales y cenizas. (p. 4)

Por otro lado, la minería a cielo abierto implica los restos de grandes volúmenes de material estéril para extraer el carbón. Esto puede generar la alteración negativa del paisaje, de los recursos hídricos y del uso del suelo para cultivos.

2. Petróleo

2.1 Origen:

El petróleo es una mezcla heterogénea y compleja de hidrocarburos y compuestos inorgánicos. Su origen reside principalmente en la transformación de materia orgánica de microorganismos marinos simples como algas o animales. Esta formación es parte de la teoría orgánica de Engler (1911), la cual es la más aceptada y establece que la formación de los hidrocarburos se lleva a cabo a lo largo de millones de años debido a la descomposición de carbohidratos por bacterias, la acción de una alta presión y temperatura durante el enterramiento. (Morales, 2022, p. 1)

2.2 Características:

Composición química: Los hidrocarburos principales que componen al petróleo son naftenos, parafinas y aromáticos, además de alquenos, dienos y alquinos. A partir de ello, se puede promediar el contenido de carbono a un 85%, de hidrógeno a un 12% y hasta un 3% de azufre. Entonces, el petróleo se caracteriza por su complejidad de su estructura molecular. (Casas, 2010, p. 6-7)

Propiedades físicas: El color del petróleo crudo no es únicamente negro, este depende de la reflexión de la luz que puede variar entre tonalidades rojas, amarillas y marrón. Por otro lado, su olor fuerte se debe al contenido de azufre y la presencia de sulfuro de azúfre hace que los vapores emitidos sean tóxicos e irritantes. Asimismo, respecto a su densidad en crudo suele ser menos denso que el agua con valores que varían entre 0,75 g/mL y 1,1 g/mL y su alta viscosidad se debe a las fuerzas intermoleculares de su estructura molecular compleja.

2.3 Extracción:

La extracción del petróleo comienza por la búsqueda de yacimientos subterráneos mediante métodos indirectos o geofísicos para delimitar las zonas y métodos directos por sondeos de exploración que involucran la recolección de muestras y el registro radiométrico del pozo. (Herrera, 2020, p. 75-87)

Perforación rotativa en tierra firme (onshore):

Posteriormente, se procede a la perforación de pozos en tierra firme o en el mar. Por un lado, el método de perforación rotativa permite alcanzar hasta los 7000 m de profundidad. Para ello se instalan torres de 30-40 m de altura con tuberías de perforación, unidas a una broca de cuchillas, que giran a una velocidad entre 40 a 250 rpm. (Berasategui, 2021, p. 24)

Extracción costa afuera (offshore):

Por otro lado, si la extracción se realiza en el mar se requiere de infraestructura más compleja como plataformas semisumergibles, ductos submarinos y barcos perforadores y de almacenamiento.

2.4 Aplicaciones

El petróleo en crudo es transportado para ser refinado en plantas especializadas, donde se somete a procesos de destilación, conversión y tratamiento que permiten separar y transformar sus componentes en productos útiles en diversos sectores.

Agricultura: Uno de los usos fundamentales es en la fabricación de fertilizantes agrícolas mediante la producción de amoníaco por el proceso de Haber-Bosch. (Casas, 2010, p. 6-7)

Plástico: Estos derivados se usan en la fabricación de una amplia variedad de productos como envases, botellas, bolsas y embalajes debido a su versatilidad y ligereza de transporte. Esto lo ha convertido en uno de los materiales más producidos en el mundo contemporáneo.

Usos domésticos y de transporte: El petróleo es utilizado para la calefacción, queroseno en aviones comerciales o militares, automóviles y motocicletas.

2.5 Impacto ambiental:
La contaminación por desechos de perforación y química por el propio petróleo en crudo afectan los ecosistemas acuáticos y terrestres. Algunos de los metales pesados liberados que pueden ser absorbidos rápidamente por plantas y animales son el cadmio, plomo o mercurio. (Bravo, 2007, p. 11)

Asimismo, en lo que respecta a la contaminación marina, la acumulación de hidrocarburos en la superficie del agua dificulta la evaporación y oxigenación de la flora y fauna. Esto frena su proceso de autodepuración de mezclas nocivas. En este sentido, uno de los mayores impactos se da en los derrames de petróleo en litorales. Un ejemplo de ello fue el derrame ocurrido en la refinería La Pampilla en Ventanilla, Lima, Perú, el 15 de enero de 2022.

En concreto, fueron cerca de 11900 barriles de petróleo los que dañaron gravemente a más de 2238 animales y a 25 playas. Este suceso deja en evidencia el impacto ambiental que puede ocasionar el petróleo.

3. Gas natural

3.1 Origen:

El gas natural es una mezcla homogénea y compleja de hidrocarburos en estado gaseoso. Su origen guarda relación con el del petróleo, ya que ambos provienen de la transformación de materia orgánica. El proceso ocurre bajo la acción de presión y temperatura por el enterramiento y a veces mezclado con arena, limo y carbonato de calcio. Así, durante millones de años, se depositan y migran a diminutos poros y fracturas de diversos tipos de rocas sedimentarias en tierra o bajo el mar aproximadamente 5000 m.

3.2 Características:

Composición química: A diferencia del petróleo, el gas natural se caracteriza por su composición de metano principalmente. Además, está formado por otros hidrocarburos de tipo alifáticos como etano, propano, butano, pentano y compuestos inorgánicos con nitrógeno o dióxido de carbono. La proporción de metano suele superar el 90%. (Olavarría, 2015, p. 7)

Propiedades físicas:

Es altamente inflamable, debido a que su rango de explosividad varía entre 5% a 15%. Además, es menos denso que el aire y a condiciones normales de 0ºC y 1 atm presenta alrededor de 0,7-0,9 kg/m^3.

3.3 Extracción:

Asimismo, para la extracción del gas natural se aplican los mismos métodos que en el petróleo. Es decir, el proceso comienza por la exploración de yacimientos de petróleo.
Otras de las técnicas utilizadas son los estudios sísmicos terrestres, y en ocasiones se instalan pequeñas cantidades de explosivos para la geología submarina. (U.S. Energy Information Administration (EIA), 2024, p. 1)

Posteriormente, se aplican los métodos explicados de perforación según si el medio es a tierra firme o en el mar con el fin de alcanzar la roca almacén. A diferencia del petróleo, los pozos fluyen naturalmente debido a la presión interna. Sin embargo, en etapas posteriores se puede requerir de su compresión para ser transportado en gasoductos o se somete a licuefacción alrededor de -162,2ºC. (Padilla, 2018, p. 3)

3.4 Aplicaciones

Una vez enviado a las plantas de procesamiento, se eliminan los compuestos distintos a los hidrocarburos y se separan de los que son húmedos. Este tratamiento permite obtener las siguientes aplicaciones: (U.S. Energy Information Administration (EIA), 2024, p. 2)

Gas natural seco: Es principalmente alrededor de 85% de metano (CH_4) del gas seco aplicado en usos domésticos e industriales como calefacción, la refrigeración, la cocina, y la generación de electricidad.

Gas natural húmedo: Por otro lado, este contiene principalmente de hidrocarburos líquidos como el etano, propano o butano que se aplican para la fabricación de productos petroquímicos tales como fertilizantes, combustibles para parrillas o plásticos.

3.5 Impacto ambiental:

Emisiones de metano: El metano es un gas de efecto invernadero, y puede ser liberado durante la extracción desde los pozos o en las plantas de procesamiento. Esto conlleva la destrucción del hábitat y la migración de especies, debido a que permanece por más de 10 años en el ambiente. (U.S. Energy Information Administration (EIA), 2024, p. 1)

Combustión: La combustión del gas natural se usa para la generación de electricidad. Según U.S. Energy Information Administration (2024), su impacto es relativamente más limpio que el de la quema del petróleo o el carbón. (p. 1)

Poder calorífico

4.1 Definición:

Es la energía térmica disponible por una determinada masa de combustible,como carbón, petróleo o gas natural durante su reacción de combustión cuyo valor puede diferenciarse según la composición del combustible en carbono,hidrógeno y oxígeno. Es decir, que estos elementos determinan el calor liberado en reacciones de oxidación. Para cuantificar estos procesos se usan diferentes unidades según el combustible utilizado,por ejemplo carbón. (Kj/kg), petróleo (Kj/L) y gas natural (Kj/m^3). (Viloche, 2010, p. 18)

Tabla 1
Valores relativos del poder calorífico de las clasificaciones del carbón

Nota. Tomado de “El carbón, ¿garantía del futuro energético?” (p. 2), por C, L. Altamirano, 2008. Enseñanzas de la Ciencia de la Tierra, 16(3). https://www.raco.cat/index.php/ECT/article/view/164745/216750

4.2 Valores relativos:

Son el conjunto de factores químicos , físicos , operativas , económicos y ambientales que se emplean al comparar y evaluar los combustibles en rendimiento y su idoneidad para un proceso en específico,como transporte, generación de luz eléctrica, calefacción o procesos industriales.

Tabla 2
Valores energéticos de los combustibles fósiles

Nota. Tomado de “Química, la ciencia central” (p. 183), por H, Brown, 2004. https://academia.utp.edu.co/quimica2/files/2018/09/quc3admica-la-ciencia-central-brown.pdf

Postura del grupo:

El carbón, el petróleo y el gas natural han sido, históricamente, los pilares del desarrollo económico y energético a nivel mundial. Sin embargo, su explotación y consumo representan una de las principales fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero, lo que contribuye de manera directa al calentamiento global y a la degradación ambiental. La quema de estos combustibles fósiles libera grandes volúmenes de dióxido de carbono, metano y otros contaminantes, generando impactos no solo climáticos, sino también en la salud pública y en la estabilidad de los ecosistemas.
Por un lado, el carbón destaca como una de las fuentes más contaminantes, debido a la alta concentración de 〖CO〗_2 y partículas tóxicas que libera durante su combustión. Por otro lado, el petróleo, además de contribuir a la emisión de gases de efecto invernadero, implica riesgos adicionales asociados con derrames que deterioran gravemente los ecosistemas marinos y terrestres. Asimismo, el gas natural, aunque suele considerarse una alternativa menos dañina, continúa siendo un fuerte emisor de metano, cuyo potencial de calentamiento es significativamente mayor al del dióxido de carbono. Estos elementos evidencian que la dependencia de los combustibles fósiles constituye un modelo energético insostenible en el mediano y largo plazo.
Los combustibles sintéticos son una alternativa clave en la transición energética, ya que pueden producirse a partir de 〖CO〗_2 capturado y energía renovable, logrando un ciclo de carbono más equilibrado y compatible con la infraestructura actual, especialmente en sectores difíciles de electrificar como la aviación y el transporte marítimo. No obstante, para que sean competitivos frente a los combustibles fósiles, es necesario invertir en investigación e innovación que reduzcan costos y sean eficientes para la vida cotidiana de las personas.
En conclusión, las evidencias sugieren que los combustibles sintéticos pueden desempeñar un papel fundamental en la transición hacia sistemas energéticos más limpios y resilientes. Su desarrollo y adopción, acompañados de marcos regulatorios adecuados, representan una oportunidad para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y mitigar los impactos ambientales que estos generan. En consecuencia, fomentar la investigación y la innovación en combustibles sintéticos no solo responde a una necesidad tecnológica, sino también a una exigencia ética y ambiental en el contexto de la crisis climática actual.

Referencias:

Altamirano, C. (2008). El carbón, ¿garantía del futuro energético?. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra Cambios, 16(3), 1-10. https://www.raco.cat/index.php/ECT/article/view/164745/216750

Berasategui, J. (2021). Tecnología de los Combustibles. Departamento de transportes y tecnología de proyectos y procesos. https://www.raco.cat/index.php/ECT/article/view/164745/216750

Bravo, E. (2007). Los impactos de la explotación petrolera en ecosistemas tropicales y la biodiversidad. Acción Ecológica. https://www.raco.cat/index.php/ECT/article/view/164745/216750

Carrascal, R. (2000). El carbón en el Perú. Universidad Nacional de Ingeniería. https://repositorio.ingemmet.gob.pe/handle/20.500.12544/4797#files

Casas, P. (2010). El petróleo, historia y refino. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza. https://zaguan.unizar.es/record/5134/files/TAZ-PFC-2010-205.pdf

Curipoma, L. (2014). Área de la Energía, las Industrias y los Recursos Naturales no Renovables (Informe Nº01-2014). Universidad Nacional de Loja. https://es.scribd.com/document/443117845/Antracita#:~:text=millones%20de%20a%C3%B1os.-,La%20antracita%20se%20forma%20a%20temperaturas%20entre%20170%2D250%C2%B0,color%20negro%20a%20gris%20acero.

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Herrera, J. (2020). Ingeniería de la perforación de pozos y gas (1). Universidad Politécnica de Madrid. https://oa.upm.es/62726/1/METODOS_MINERIA_INTERIOR_LM1B4T4R0-20200406.pdf

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Mejía, L. (2014). El carbón, origen, atributos, extracción y usos actuales en Colombia. Universidad Nacional de Colombia (Sede Bogotá). https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/80036

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Olavarría, M. (2015). Ingeniería Básica de una Planta de Licuefacción de Gas Natural. Universidad de Sevilla. https://biblus.us.es/bibing/proyectos/use/abreproy/3208/fichero/Proyecto+GNL%252FMemoria%252FCap%C3%ADtulo+1.pdf

Padilla, D. (2018). Sobre el gas natural. Departamento de Educación Agrícola. https://naturalezasintoxicos.wordpress.com/wp-content/uploads/2018/10/gas-natural.pdf

Petropunto, (12 de enero de 2024). Desarrollo de combustibles sintéticos: ¿qué nos espera?. https://petropunto.com/desarrollo-de-combustibles-sinteticos-que-nos-espera/

Viloche, J (2010). “Gas Natural – Propiedades y Uso, Proyectos Presentes y Futuros”. Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería (Osinergim). https://www.osinergmin.gob.pe/newweb/uploads/Publico/OficinaComunicaciones/EventosRealizados/ForoTacna/3/1-Propiedades%20y%20usos%20del%20GN-Juan%20Viloche.pdf

Rodríguez, S., Hernández, J, y Flores, D. (2025). “Perspectiva global de los combustibles sintéticos verdes: tecnologías, avances y desafíos en la transición energética.” Revista de Química, 39 (1), 15-36. https://doi.org/10.18800/quimica.202501.002

Información Adicional:

• https://www.redalyc.org/pdf/943/94320219005.pdf
• https://usuarios.geofisica.unam.mx/gvazquez/geoquimpetrolFI/zonadesplegar/Clases/clase5origenpetroleo.pdf
• https://ocw.unican.es/pluginfile.php/2429/course/section/2454/Tema%205%20EXPLOTACION%20DEL%20PETROLEO%20Y%20EL%20GAS.pdf