MATERIALES POR USO

COMBUSTIBLES FÓSILES

Producción de gas natural según país.

El gas natural es un hidrocarburo mezcla de gases ligeros de origen natural que contiene principalmente metano, y normalmente incluye cantidades variables de otros alcanos, y a veces un pequeño porcentaje de dióxido de carbono, nitrógeno, ácido sulfhídrico o helio. Se forma cuando varias capas de plantas en descomposición y materia animal se exponen a calor intenso y presión bajo la superficie de la Tierra durante millones de años. La energía que inicialmente obtienen las plantas del sol se almacena en forma de enlaces químicos en el gas. Constituye una importante fuente de energía fósil liberada por su combustión. Se extrae, bien ya sea de yacimientos independientes (gas no asociado), o junto a yacimientos petrolíferos o de carbón (gas asociado a otros hidrocarburos y gases).¹​

De similar composición, el biogás se genera por digestión anaeróbica de desechos orgánicos, destacando los siguientes procesos: depuradoras de aguas residuales (estación depuradora de aguas residuales), vertederos, plantas de procesado de residuos y desechos de animales.

Como fuentes adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano, que podrían suponer una reserva energética superior a las actuales de gas natural.

Reservas naturales[editar]

Según BP, las reservas probadas a finales de 2017 se sitúan en 193,5 billones (10¹²) de metros cúbicos²​, siendo suficientes para mantener la producción actual mundial durante 55 años más. Las reservas se han incrementado en un 0,2 % en el último año.

Oriente Medio es la zona geográfica con mayores reservas, con un 43 % del total mundial (destacando Irán y Qatar), seguida de Asia Central con un 31 % (principalmente Rusia y Turkmenistán)

Aunque su composición varía en función del yacimiento, su principal especie química es el gas metano al 79 - 97 % (en composición molar o volumétrica), superando comúnmente el 90 - 95 % (p. ej. en el pozo West Sole del mar del Norte). Contiene además otros gases como etano (0,1 - 11,4 %), propano (0,1 - 3,7 %), butano (< 0,7 %), nitrógeno (0,5 - 6,5 %), dióxido de carbono (< 1,5 %), impurezas (vapor de agua, derivados del azufre) y trazas de hidrocarburos más pesados, mercaptanos, gases nobles, etc. (Las cifras se refieren al gas depurado comercializado en España.)³​

Como ejemplo de compuesto contaminante asociado al gas natural cabe mencionar el CO₂ (dióxido de carbono) que alcanza la concentración del 49 % en el yacimiento de Kapuni (Nueva Zelanda).^{[cita requerida]}

Durante la extracción, algunos gases que forman parte de su composición natural se separan por diferentes motivos: por su bajo poder calorífico (p. ej. nitrógeno o dióxido de carbono), porque pueden condensarse en los gasoductos (al tener una baja temperatura de saturación) o porque dificultan el proceso de licuefacción de gases(como el dióxido de carbono, que se solidifica al producir gas natural licuado (GNL). El CO₂ se determina habitualmente con los métodos ASTM D1137 o D1945.^{[cita requerida]}

El propano, butano y otros hidrocarburos más pesados también se separan porque dificultan que la combustión del gas natural sea eficiente y segura. El agua (vapor) se elimina por estos motivos y porque a presiones altas forma hidratos de metano, que obstruyen los gasoductos. Los derivados del azufre son depurados hasta concentraciones muy bajas para evitar la corrosión, formación de olores y emisiones de dióxido de azufre(causante de la lluvia ácida) tras su combustión. La detección y la medición de sulfuro de hidrógeno (H₂S) se efectúa siguiendo los métodos ASTM D2385 o D2725.^{[cita requerida]}

Por último, para su uso doméstico se le añaden trazas de mercaptanos (entre ellos el metil-mercaptano CH₄S), que permiten su detección olfativa en caso de fuga.

Aplicaciones[editar]

En el siglo XIX comenzó a extraerse y canalizarse hacia las ciudades estadounidenses como combustible para iluminación. Cuando llegó la electricidad, comenzó a emplearse en calefacción, agua caliente sanitaria y en la industria metalúrgica. Conforme mejoró la tecnología de soldadura tras la Segunda Guerra Mundial fue aumentando la profundidad de las extracciones y la capacidad de transporte hacia los consumidores. ⁴​

Actualmente se trata de un combustible muy versátil y con menos emisiones de CO₂ en su combustión que el resto de combustibles fósiles, cuyos principales usos son:

• calefacción de edificios y procesos industriales, mediante calderas
• centrales eléctricas de alto rendimiento, como son las de ciclo combinado gas-vapor
• centrales de cogeneración que mediante la producción simultánea de electricidad y calor alcanzan rendimientos energéticos elevados
• como gas natural vehicular, combustible cada vez más empleado en camiones, autobuses o buques, en forma de gas natural comprimido (GNC) o gas natural licuado (GNL)
• como pila de combustible para generar energía eléctrica en vehículos de hidrógeno.

Su obtención o extracción es más sencilla y económica en comparación con otros combustibles. La licuefaccióndel gas natural se produce por la acción combinada de la compresión y refrigeración a bajas temperaturas. El GNL permite su transporte marítimo a largas distancias, y sin la necesidad de infraestructuras terrestres, mediante buques metaneros.

El poder calorífico superior del combustible es de 10,45 - 12,8 kWh/m³ (metro cúbico en condiciones normales, i. e. a 0 °C y 1 atm).⁵​

Impacto ambiental[editar]

Llave de paso de un suministro de gas natural en la cocina de una vivienda de Santiago de Chile.

El CO₂ emitido a la atmósfera tras la combustión del gas natural se trata de un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global de la Tierra. Esto se debe a que el CO₂ es transparente a la luz visible y ultravioleta, mientras que absorbe la radiación infrarroja que emite la superficie de la Tierra al espacio exterior, ralentizando el enfriamiento nocturno de esta.

La combustión del gas natural produce menos gases de efecto invernadero que otros combustibles fósiles como los derivados petrolíferos (fuelóleo, gasóleo o gasolina) y especialmente que el carbón. Además es un combustible que se quema de forma más limpia, eficiente y segura, no produce dióxido de azufre (causante de la lluvia ácida) ni partículas sólidas.

La razón por la cual produce poco CO₂ es que la molécula de su principal componente, el metano, contiene cuatro átomos de hidrógeno por cada uno de carbono, produciendo dos moléculas de agua por cada una de CO₂. Mientras que los hidrocarburos de cadena larga (p. ej. los contenidos en el gasóleo) producen prácticamente sólo una molécula de agua por cada una de CO₂ (además, la entalpía estándar de formación del agua es muy elevada).

Sin embargo, los escapes de gas natural que se producen en los pozos suponen un aporte muy significativo de gases de efecto invernadero, ya que el metano equivale a 23 veces el efecto invernadero que el dióxido de carbono (datos del IPCC). Por ejemplo, el accidente de marzo de 2012 en la plataforma petrolífera Elgin -operada por la petrolera Total en el Mar del Norte- supuso un escape de unos 5,5 millones de m³ diarios.⁶​ Como la densidad del metano en condiciones estándar es 0,668 kg/m³⁷​ el escape fue de 3674 toneladas diarias, que equivalen a 84 502 toneladas diarias (equivalentes de dióxido de carbono). La duración de la detención de dicho escape se estimó en 6 meses, lo que suponen 15 millones de toneladas equivalentes de dióxido de carbono (las emisiones industriales de Estonia en el año 2009).

Agua producida es un término usado en la industria petrolera para describir el agua que se produce junto con el petróleo y el gas. Los yacimientos de petróleo y gas tienen capas con agua natural (agua formada) que yace debajo de los hidrocarburos. Los yacimientos petrolíferos contienen generalmente grandes cantidades de agua, al contrario que los yacimientos de gas. Para lograr una máxima recuperación de petróleo en los pozos, se inyecta agua adicional dentro del pozo, que obliga al petróleo a salir a la superficie. Estas dos aguas, la producida y la inyectada, acaban saliendo a la superficie junto con el petróleo y, a medida que el pozo de petróleo se empobrece, la proporción de agua producida con el petróleo aumenta.

Históricamente, el agua producida se depositaba en grandes pozas de evaporación, algo inaceptable para el medio ambiente y para las poblaciones circundantes. Un ejemplo es lo ocurrido en los campos petroleros de Lago Agrio, donde se acumuló agua producida en piletas, cuyo contenido se acabó filtrando a los ríos y a la capa freática, lo cual causó una grave contaminación en las poblaciones cercanas. El documental Crudo trata sobre este suceso. El agua producida se considera en la actualidad un residuo industrial y, a los productores de gas metano de carbón (GMC), se les exige que reutilicen este residuo, ya que esta agua puede contener metales, materiales radiactivos, como el radio 226 o el radio 228, y compuestos orgánicos.

El agua se puede reutilizar de diversas maneras, como la inyección directa (inyectar el agua de nuevo dentro del pozo), ya que, según la Environmental Protection Agency (EPA), las aguas tienen que tratarse antes de verterlas de nuevo al medio.

Alternativas de tratamiento[editar]

Hay tres alternativas de tratamiento:¹​

1. Tratamiento físico:
   • Adsorción: Aprovecha las fuerzas físicas, comúnmente las de Van der Wals, entre los contaminantes y diferentes minerales o matrices con gran área superficial para atrapar los contaminantes. Este mecanismo se denomina adsorción y las matrices comúnmente utilizadas son el carbón activado, la zeolita, las resinas y las arcillas. Con este procedimiento es fácil retener los compuestos orgánicos disueltos y algunos metales pesados. como por ejemplo los BTEX disueltos.
   • Filtros de arena: Remueven las partículas que posiblemente no fueron retenidas en el tanque de sedimentación. Para aplicar este proceso se recomienda que previamente se haya hecho una estabilización de pH, una estructura que retenga las partículas grandes en el agua y una tanque de aireación.
   • Ciclón: Es un centrifugador que separa la materia por sus propiedades físicas como la afinidad al agua.
2. Tratamiento químico:
   • Precipitación Química: Sirve para remover los coloides o las partículas suspendidas modificando su configuración electrónica, es decir modificando la carga de las partículas para volverla mas a fines a un coagulante especial y formar partículas más grandes, estos procesos son conocidos como floculación y coagulación.
   • Oxidación Química: Este tratamiento consiste en modificar la estructura química de los contaminantes por medio de agentes químicos muy oxidantes, catalizadores e irradiación ultravioleta para disminuir su grado de toxicidad. Se usa para compuestos fenólicos y en industrias de teñido.
3. Tratamiento biológico:
• Consiste en el uso de microorganismos aerobios o anaerobios que degradan la materia orgánica en provecho de su metabolismo. Entre los procesos más utilizados están los reactores biológicos y tanques o lagunas de lodos activados.

Las arenas de alquitrán, conocidas también como arenas bituminosas, arenas de petróleo, arenas petrolíferas, arenas aceiteras y en Venezuela como petróleo crudo extra pesado, son una combinación de arcilla, arena, agua, y bitumen. De las arenas de alquitrán se extrae un bitumen similar al petróleo el cual es convertido en un petróleo crudo sintético o refinado directamente por refinerías especializadas para obtener productos del petróleo. El petróleo convencional es extraído por medio de pozos mientras que los depósitos de arenas bituminosas son extraídos usando técnicas de seccionamiento de minería superficial, o se les hace fluir hacia pozos por medio de técnicas in situ que reducen la viscosidad del bitumen por medio de vapor y/o solventes. En promedio, el bitumen contiene 83,2% de carbón, 10,4% de hidrógeno, 0,94% de oxígeno, 0,36% de nitrógeno y 4,8% de azufre.

Problemas medioambientales[editar]

Como en toda explotación minera y en proyectos de desarrollo de recursos no renovables, las operaciones con arenas bituminosas tienen repercusiones sobre el medio ambiente. Los proyectos con arenas bituminosas tienen efectos sobre:

• El terreno, cuando el betún inicialmente se acumula y con los grandes depósitos de productos químicos tóxicos;
• El agua, durante el proceso de separación y con el drenaje de los ríos;
• El aire, debido al lanzamiento de dióxido de carbono y de otras emisiones, así como la tala de árboles. Se generan efectos ambientales indirectos adicionales al quemar los productos petrolíferos producidos, lanzando dióxido de carbono a la atmósfera.

Las tierras[editar]

Una gran parte de las operaciones de minería con arenas bituminosas implica la eliminación de los árboles y la vegetación de un sitio y quitar la "sobrecarga" - tierra vegetal, el muskeg, la arena, la arcilla y la grava - que se asienta encima del depósito de arenas bituminosas. Aproximadamente se necesitan dos toneladas de arenas bituminosas para producir un barril de petróleo (aprox. 1/8 de tonelada).

El agua[editar]

Para producir cada unidad de volumen del petróleo crudo sintético se utilizan entre 2 y 4.5 unidades de volumen de agua. A pesar del reciclaje, casi toda esa agua termina en charcas negras.

El aire[editar]

El ácido sulfhídrico o sulfuro de hidrógeno es el compuesto químico con fórmula H₂S. Este gas es incoloro, tóxico e inflamable y su olor es el de la materia orgánica en descomposición, como los huevos podridos. El gas de ácido sulfhídrico se genera de forma natural por petróleo crudo, gas natural, gases volcánicos y manantiales de aguas termales. También puede producirse por descomposición bacteriana de materia orgánica y por las basuras humanas y los animales.