Autores:

Paloma Carrillo, Tamara Espinoza, Alejandra Villa, Sami García

Introducción

Hoy en día el cambio climático es una de las grandes problemáticas a nivel mundial, y al ser el uso de combustibles fósiles una de las principales causas, han surgido nuevas tecnologías de energía renovable, estas tienen una percepción positiva a comparación de los combustibles fósiles, lo que lleva a la presunción de que las fuentes de energía renovable deben reemplazar por completo a las no renovables.

En este contexto, Scott Foster y David Elzinga, en el artículo “El papel de los combustibles fósiles en un sistema energético sostenible” publicado por la ONU, proponen utilizar los combustibles fósiles como “parte de la solución en vez de seguir siendo parte del problema” mediante el uso del secuestro del carbono y la gestión de las emisiones de metano. Los autores argumentan que los combustibles fósiles constituyen la mayoría del consumo de energía mundial, las nuevas tecnologías renovables no pueden lidiar con todos los ámbitos energéticos necesarios y muchos países en vías de desarrollo dependen económicamente de su explotación. También hacen énfasis en la necesidad del apoyo del sector privado, puesto que tienen recursos y conocimientos necesarios para cambiar a un sistema energético sostenible. Es por esto que, según los autores, se debería utilizar las nuevas tecnologías renovables junto a los combustibles fósiles durante la transición a un sistema energético que sea sostenible desde la producción hasta el consumo de energía, mediante la colaboración del sector privado y los gobiernos junto a las prácticas de reducción de emisiones, el secuestro de carbono y la gestión de metano.
En esta entrada nos enfocamos sobre los distintos combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), su origen, características, extracción, usos, aplicaciones e impactos ambientales para responder la pregunta ¿es imprescindible la participación de los combustibles fósiles en la transición a un modelo energético renovable?

Combustibles fósiles

Carbón

El carbón es una roca de origen natural y se forma por a partir de la descomposición de materia orgánica en ambientes específicos (ambiente acuoso de poca oxigenación y alto pH) conocidos como turberas. En estas, al aumentar la presión y temperatura con el paso del tiempo, ocurre la carbonificación, proceso en el cual aumenta el porcentaje de carbono progresivamente. La carbonificación tiene dos fases, la bioquímica, donde la materia orgánica se convierte en turba (estado inicial del carbón), y la geoquímica, que transforma la turba gradualmente en los distintos estados del carbón, Lignito, Hulla y Antracita.
Este combustible fósil se puede clasificar como una roca sedimentaria y se compone de materia orgánica (usualmente vegetal, pero puede ser animal) y materia mineral (principalmente arcilla y pirita). Al ser una roca no tiene una fórmula química definida, pero está conformada en su mayoría de carbono y otros elementos como hidrógeno, oxígeno y azufre en cantidades variables. Como el carbón no tiene una composición definida, las propiedades físicas y químicas varían dependiendo de la materia orgánica y mineral que la forma. Sin embargo, hay ciertas características y propiedades generales como su color negro o su alto poder calorífico.

Extracción

En cuanto a la explotación del carbón, según el gobierno de México, hay tres principales métodos de explotar el carbón:
● Tajos (minería a cielo abierto): para carbón de hasta 50 m de profundidad, en este tipo de minería se retira primero el material estéril para luego recuperar el carbón.
● Minería subterránea: para carbón de hasta 300 m de profundidad, en este tipo de minería se emplean rampas que bajan de la superficie al manto de carbón, una vez cortado el carbón sube al exterior por bandas.

● Pozos (minería rudimentaria): es un pozo vertical de dos metros de diámetro aprox. y 30-70 m de profundidad. En este tipo de minería se usan galerías subterráneas para extraer el carbón y después subirlo a la superficie con carretillas y un malacate. Esta minería es muy insegura, por lo que puede dejar de ser usada.

Usos y aplicaciones

Debido a sus distintas propiedades físicas y químicas, el carbón se puede utilizar en varios campos, principalmente como fuente de energía.
● En el ámbito de generación de energía, el carbón térmico se utiliza como fuente de energía no renovable mediante su combustión. Este suministra alrededor del 39% de la electricidad de todo el mundo (Gobierno de México). También se utiliza el carbón metalúrgico tanto como combustible de hornos como reductor, uno de los componentes para obtener aleaciones donde el hierro tiene más carbono, convirtiéndose más resistente y elástico, y para la producción de acero.
● Además, el carbón térmico en polvo está presente en la industria del cemento como combustible para la producción de cemento, además de usar los restos de esta combustión para fabricar concreto.

Impacto ambiental

Sin embargo, la explotación y el uso (especialmente su combustión) tiene una serie de impactos ambientales negativos:
● Impactos del uso: Uno de los principales impactos de la combustión de carbón es la liberación de gas de efecto invernadero, que contribuye a la degradación de la capa de ozono y al calentamiento global. Otros efectos de la quema del carbón son la contaminación del aire y el agua, además libera gases que pueden afectar negativamente la salud de personas cercanas. También puede causar lluvia ácida si no se trata adecuadamente con los residuos de la combustión de carbón.

● Impactos de la explotación: La extracción al aire libre de carbón causa deforestación y la degradación del espacio, polvo, ruido, erosión de los suelos y la contaminación del agua, lo que afecta gravemente a la biodiversidad de la zona. La minería subterránea, a su vez, deteriora la tierra por la presencia de residuos químicos, los desechos acumulados a gran escala son altamente inflamables y pueden llevar a su combustión instantánea, además. También ciertos residuos químicos como el ácido sulfúrico pueden contaminar las fuentes de agua potable cercanas, lo que significa altos riesgos de salud para poblaciones cercanas. El transporte del carbón obtenido también conlleva impactos ambientales, entre ellos las consecuencias del consumo de energía necesario para movilizar grandes cantidades de carbón, uso del agua para la supresión de polvo, y el ruido que se hace al cargar y descargar el carbón de los camiones.

Petróleo

El petróleo es un combustible fósil que se formó a partir de la descomposición de restos de organismos marinos, de animales y plantas. Estos materiales han estado expuestos a altas temperaturas geotérmicas y altas presiones durante millones de años, lo ocasionó la formación de hidrocarburos, compuestos de carbono e hidrógeno.
El petróleo crudo es una mezcla de hidrocarburos líquidos con volatilidad variable, compuesto principalmente por un 82-87% de carbono y un 15% de hidrógeno en peso. Su apariencia es la de un líquido aceitoso y su densidad, influenciada por el contenido de asfalto, varía entre 0.75 y 0.95 kg/L, siendo más ligera que el agua. Los petróleos con más hidrocarburos livianos, como el benceno, presentan características aromáticas más pronunciadas. Su color varía entre tonos oscuros, ámbar o verde ocre. La gravedad API clasifica el petróleo en ligero (API > 25°), medio (20-25°) y pesado (10-20°).

Extracción

Todo inicia con el estudio geográfico para identificar nuevos yacimientos y determinar si su explotación es rentable, pues la inversión es muy costosa. Para ello, se utilizan materiales como imágenes satelitales y herramientas como “la sísmica”, la cual sirve para identificar la composición de los subsuelos con el objetivo de cuantificar la cantidad y calidad del hidrocarburo. Posteriormente, se construye el pozo de exploración, mediante técnicas de inyección de agua, gas o bombeo que permiten la salida a superficie del petróleo. Finalmente, a través de oleoductos o buques, se transporta el petróleo hacia la refinería.

Usos y aplicaciones

● En el ámbito de la agricultura, el petróleo contribuye a generar amoniaco, reconocido y demandado fertilizante con el cual se aporta nitrógeno al cultivo. Asimismo, los residuos de petróleo están presentes en los pesticidas en forma hidrocarburos, que a largo plazo logran ser cancerígenos; a pesar de su toxicidad, su presencia no logra ser declarada dentro del registro de composición del pesticida de manera explícita.
● En un ámbito cosmético, la vaselina o en inglés “Petrolatum” es un subproducto obtenido a partir de la refinación del petróleo, este a pesar de sus beneficios popularmente conocidos, asume también riesgos según su proceso de refinación. Una refinación inadecuada conlleva que este compuesto logre contaminarse con hidrocarburos aromáticos policíclicos, PAHs por sus siglas en inglés. Según estudios a mayor exposición de estos hidrocarburos, se adquiere mayor probabilidad de desarrollar cáncer.
● Adicionalmente, destilados del petróleo, como el benceno, tolueno (metilbenceno) y xileno (dimetilbenceno), los tres hidrocarburos aromáticos tóxicos por composición, están presentes en la obtención de materias primas con las cuales elaborar productos de limpieza tales como detergentes, tintes y demás.

Impacto ambiental

Las actividades de la industria petrolera, como la construcción de refinerías y oleoductos, extracción, transporte, entre otras, tienen un impacto enorme en el ecosistema. Durante la extracción se expulsan desechos tóxicos que impactan gravemente en la fauna, flora y calidad de vida de los seres humanos. Por otro lado, los derrames de petróleo son el riesgo más conocido y visible para la población, su impacto va desde dañar directamente al ecosistema hasta impedir un desarrollo económico para las comunidades de alrededor, pues este desastre limita la capacidad laboral de la comunidad, en el caso costero, si el derrame ocurre en el océano, la pesca artesanal se imposibilita.

Gas natural

El origen del gas natural yace hace millones de años, cuando la descomposición de organismos microscópicos, como fitoplancton y zooplancton, se acumuló en el fondo marino y fue enterrada por sedimentos. Con el tiempo, la presión y temperatura crecientes transformaron esta materia orgánica en compuestos de hidrógeno y oxígeno. Una vez formado el gas, se filtró a través de fracturas y poros de las rocas, y donde las condiciones geológicas lo permitieron, quedó atrapado en reservorios formados por rocas porosas y permeables ubicadas en el subsuelo.
Entre algunas características de este combustible fósil podemos destacar que físicamente es incoloro, inodoro, ligero y altamente inflamable, lo cual significa que es manipulado con bastante precaución y seguridad. En cuanto a sus componentes, principalmente es el metano, que usualmente constituye el 80% del mismo. Otros de sus componentes son el etano, el propano, el butano y otras fracciones más pesadas como el pentano, el hexano y el heptano.

Extracción

El gas natural se extrae mediante diversas técnicas que varían según el tipo de yacimiento y las condiciones geológicas. Entre estas, la más controversial, pero frecuentemente utilizada es la fracturación hidráulica, también conocida como fracking, la cual consiste en perforar un pozo vertical hasta la roca reservorio y luego desviarlo para recorrer la roca reservorio una longitud extensa en sentido horizontal. Tras la perforación, se inyecta agua, arena y químicos a alta presión, creando y ampliando fracturas en la roca. Estas fracturas permiten que los hidrocarburos fluyan hacia la superficie para ser extraídos.

Otras técnicas más tradicionales son la perforación vertical y horizontal, que consisten en la excavación de pozos especializados para yacimientos de gas convencionales y no convencionales respectivamente. Adicionalmente, una técnica menos común es la recuperación de gas asociado, aplicada en yacimientos donde el gas natural se encuentra junto con petróleo, de manera que es extraído junto con el petróleo y se evita el desperdicio de este.

Usos y aplicaciones

● Combustible: El gas natural tiene un uso generalizado como combustible en centrales térmicas generadoras de electricidad y en vehículos a motor. En las centrales térmicas, el gas se utiliza en tecnologías de ciclo simple y ciclo combinado, logrando eficiencias del 35% y 60%, respectivamente. Se emplea como gas natural vehicular (GNV), que puede ser de dos tipos: Gas Natural Comprimido (GNC) y Gas Natural Licuado (GNL). El GNC es el más utilizado en vehículos ligeros como turismos y furgonetas. Este gas se comprime para ocupar menos espacio y proporcionar mayor autonomía al vehículo. Por otro lado, el GNL se emplea principalmente en vehículos pesados como autobuses y camiones, ya que al ser licuado mediante enfriamiento a bajas temperaturas, ocupa menos volumen y permite un transporte más eficiente de combustible para recorridos largos.

● Industria: El gas natural, especialmente el metano, se utiliza ampliamente en hornos industriales para procesos que requieren diferentes niveles de temperatura. Los hornos de alta temperatura se usan en industrias como la del cemento, ladrillos, vidrio y cerámica, mientras que los de media temperatura son empleados en la producción de alimentos. Los hornos de baja temperatura se utilizan en sectores como el papel, secado de vegetales, la industria textil y la desalinización del agua de mar. Además, el GLP (Gas Licuado de Petróleo), que es una mezcla de propano y butano, se comercializa en balones para su uso en cocinas domésticas, calentadores y otras aplicaciones industriales.

● Generación de vapor: El gas natural es una fuente popular para la generación de vapor en calderos industriales debido a su alta eficiencia térmica. Este sistema reemplaza las tuberías de vapor por aparatos individuales que generan calor en el punto y momento exactos en los que se requiere, lo que reduce las pérdidas de energía. Este enfoque no solo optimiza el control de la temperatura, sino que también disminuye los costos energéticos, mejorando así la eficiencia general del proceso industrial.

● Insumo: Además del metano, el gas natural contiene otros componentes con importantes usos industriales. El etano, por ejemplo, puede transformarse en etileno, un insumo esencial en la industria química para la fabricación de plásticos y otros productos. Por otro lado, en la industria siderúrgica, el metano es fundamental en la producción de hierro esponja, un material clave para la fabricación de acero en hornos eléctricos, dado que es preferido para la fabricación de acero debido a su pureza en comparación con la chatarra de acero. Esto subraya la importancia del gas natural no solo como fuente de energía, sino también como un insumo crítico en procesos productivos.

Impacto ambiental

El gas natural es considerado el combustible fósil más limpio en comparación con el carbón y el petróleo, ya que emite menores cantidades de contaminantes como azufre, mercurio y otras partículas nocivas. Esto lo convierte en una opción de menor impacto ambiental.
● En términos de eficiencia y emisiones, el gas natural es superior a otros combustibles fósiles. Por ejemplo, sus emisiones de dióxido de carbono (0.182 kg/kWh) son considerablemente menores que las del carbón o el fueloil, que superan los 3 kg/kWh. Además, debido a su estado gaseoso, una fuga de gas natural tiene un impacto menor sobre los ecosistemas en comparación con las fugas de petróleo o carbón, ya que no contamina el suelo ni el agua de manera inmediata. Esta característica también influye en que su combustión no libere partículas sólidas, como sí ocurre con el carbón, lo que hace que su impacto sobre la calidad del aire sea menor.

● No obstante, el proceso de extracción del gas natural, particularmente a través del fracking, genera preocupaciones ambientales importantes. El fracking consiste en fracturar rocas subterráneas para liberar gas, lo que puede generar contaminación sonora y atmosférica, así como riesgos sísmicos. Además, esta técnica utiliza grandes cantidades de agua que pueden ser contaminadas, lo que ha provocado un fuerte rechazo en muchas regiones del mundo, especialmente en Estados Unidos. Como respuesta a estos problemas, se han desarrollado alternativas tecnológicas como la “tecnología octopus”, que busca minimizar el impacto ambiental y reducir el riesgo sísmico asociado a la extracción.

Aunque el gas natural tiene una combustión relativamente limpia, emite gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y el metano, ambos responsables del calentamiento global. Si bien sus emisiones son menores que las de otros combustibles fósiles, las fugas de metano, un gas con un potencial de calentamiento global mucho mayor que el dióxido de carbono, son motivo de preocupación. A pesar de estos riesgos, el gas natural sigue siendo una opción más eficiente y menos contaminante, tanto en términos de emisiones de CO₂ como de otros contaminantes.

Poder calorífico

Una de las características más importantes de los combustibles es su poder calorífico, pues representa la cantidad de calor transferido de una reacción química durante la combustión e indica la energía disponible en el combustible. Así, se define como la cantidad de energía generada al quemar 1 g de combustible en presencia de oxígeno. A continuación, se presenta los valores relativos asociados a los combustibles fósiles mencionados anteriormente:

Carbón

Petróleo

Gas natural

Postura frente al planteamiento del artículo

La integración de combustibles fósiles hacia un modelo energético sostenible es imprescindible para establecer una transición efectiva hacia energías renovables, siendo estas respaldadas por tecnologías que mitiguen los impactos, como emisiones de gases contaminantes.
La percepción de las consecuencias climáticas negativas sigue siendo subestimada por una sociedad diversa que se resiste a un uso moderado y consciente de los combustibles fósiles. Más del 50% de las emisiones de gases contaminantes, como el CO₂ (dióxido de carbono), provienen del sistema energético actual. Además, los combustibles fósiles representan el 80% del consumo en la producción de energía primaria a nivel mundial. Ignorar el papel de estos combustibles en la matriz energética actual no es realista; sin embargo, la conciencia ambiental sobre las repercusiones climáticas aún no se aborda de manera efectiva, lo que contribuye a cambios climáticos más severos. Existen factores culturales que enfatizan el uso de combustibles de biomasa en comunidades que carecen de acceso a sistemas energéticos más eficientes. Este hecho no representaría un problema si no se diese en países subdesarrollados que dependen de este tipo de energía y que, sin alternativas, contribuyen a la emisión descontrolada de gases contaminantes.
Es innegable que los combustibles fósiles constituyen una base sólida de crecimiento económico a nivel mundial. Y, a través de un enfoque específico, considerando a los países subdesarrollados, se reconoce la oportunidad de mejora y desarrollo a través del uso de recursos fósiles. Sin embargo, la adecuada gestión de estos combustibles fósiles conlleva una gran serie de desafíos relacionados con la sostenibilidad y el control de emisiones de gases contaminantes. Además de ello, la dependencia de este sistema de energía en países que se enfocan en la explotación de estos recursos , pueden descuidar el desarrollo de energías como tecnologías renovables, perpetuando en la contaminación como desarrollo económico de las naciones.
Las experiencias con éxito en países muy desarrollados tienden a no ser completamente replicables en contextos donde los recursos naturales como la tecnología son escasas. Ello demanda una mayor adaptación acerca de las estrategias de cuidado energético según realidades locales, considerando desarrollos tecnológicos, factores económicos, aspectos sociales y temas culturales. Asimismo, a pesar del avance de proyectos con expectativas a despliegue para el 2025, existe un índice de incertidumbre acerca de efectividad y accesibilidad hacia zonas que necesitan una acción inmediata en la reducción del consumo de combustibles, como en el uso de energía. En tal sentido, es importante la meta de una transición hacia energías renovables, siempre y cuando se complemente con una participación ciudadana respaldada por políticas inclusivas a las necesidades, en especial de sectores históricamente marginados y afectados por la explotación de recursos.
Ante las emisiones de metano, que representan un desafío de mayor complejidad en comparación con el tratamiento de gases como el dióxido de carbono, la inversión privada se convierte en una oportunidad crucial para impulsar tecnologías más limpias. Esta inversión no solo favorece el desarrollo de soluciones innovadoras para mitigar las emisiones, sino que también puede generar beneficios económicos significativos al crear un nuevo mercado laboral enfocado en la sostenibilidad ambiental. Al canalizar recursos hacia proyectos que abordan este problema, las empresas no solo contribuyen a la protección del medio ambiente, sino que también se posicionan estratégicamente en un sector en crecimiento, promoviendo así una economía más resiliente y sostenible.
En conclusión, la integración de combustibles fósiles en un modelo energético sostenible es crucial para enfrentar los retos climáticos actuales. A pesar de su papel en el crecimiento económico, el uso excesivo de estos recursos y la falta de conciencia sobre sus efectos negativos agravan la crisis ambiental. Es imperativo adaptar las estrategias energéticas a las realidades locales, especialmente en países en desarrollo, donde la dependencia de combustibles fósiles puede limitar el avance hacia energías renovables. Además, la inversión privada se presenta como una herramienta clave para promover tecnologías limpias y generar nuevas oportunidades laborales. Sin embargo, para que esta transición sea efectiva, es esencial que esté respaldada por políticas inclusivas y la participación activa de la ciudadanía, garantizando que las soluciones sean equitativas y beneficiosas para todos los sectores de la sociedad global.
Como última nota, para complementar la conclusión, los invitamos a visualizar este corto video acerca de una situación hipotética en la que en todo el mundo de repente se dejara de usar combustibles fósiles, el cual responde algunas preguntas como ¿esto haría nuestras vidas mucho más difíciles?, ¿qué le pasaría a nuestro clima?, ¿ayudaría esto a combatir el calentamiento global? VIDEO

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