La energía calorífica que se desprende de los combustibles fósiles al quemarlos es la principal fuente de energía de que disponen actualmente las sociedades humanas. Hay otras como: nuclear, vegetal, solar, eólica, etc., En esta entrada del weblog nos centraremos en los combustibles fósiles, es decir, en los procedentes de yacimientos geológicos cuyo origen está en la descomposición de seres vivos. Aunque habitualmente se dice que el petróleo y el gas natural son combustibles fósiles, no lo son estrictamente ya que no conservan ciertas características de los organismos a partir de los que se originaron, sin embargo, si que lo es el carbón mineral que, hablando con propiedad, es un fósil. Esta terminología se sigue usando para evitar confusiones con otros combustibles de origen biológico, pero no fósil, como el carbón vegetal, leña, bioetanol, etc.
Origen y formación
Petróleo y gas natural
El petróleo es un líquido viscoso, oleoso y bituminoso, compuesto de hidrocarburos, mayormente alifáticos de cadena abierta (alcanos, alquenos, etc.) siendo también importantes los hidrocarburos aromáticos y otras sustancias orgánicas. Es la materia prima de multitud de procesos químicos, así como el origen de los principales combustibles empleados para el transporte, pero crudo aún no tiene un uso concreto por lo que se lleva a las refinerías en donde se procede a su destilación fraccionada, mediante la cual y en función de los diferentes puntos de ebullición se separa en diversas fracciones: gasolina, gasoil, queroseno, metano, éter de petróleo, aceites lubricantes, vaselinas, parafinas, propano, butano, asfalto, etc. Hoy en día son pocos los que rebaten el origen fósil del petróleo, aunque quedan algunos que siguen defendiendo antiguas teorías desechadas del panorama científico hace años. Hay una observación en la relación de isótopos de carbono que vamos a comentar. En la naturaleza el carbono se presenta en tres formas isotópicas: C12, C13 y C14. Casi el 99% del carbono del dióxido de carbono (CO2) atmosférico contiene el isótopo ligero (C12), aproximadamente el 1,1% contiene el isótopo C13 y un porcentaje minúsculo se corresponde con el isótopo radiactivo C14. Durante la fotosíntesis las plantas prefieren emplear el dióxido de carbono con el isótopo más ligero (C12). El fitoplancton también lo prefiere, de tal modo que su carbono contiene porcentualmente menos C13 que el presente en el CO2 disuelto en el agua. La Agencia Internacional de la Energía Atómica ha establecido la relación isotópica C13/C12 estándar fijandose en un belemnite cretácico porque en la formación de las conchas no se observa la mencionada discriminación isotópica. Si tomamos muestras de conchas marinas de organismos actuales la relación C13/C12 apenas varía respecto al valor estándar de los belemnites cretácicos, sin embargo, la desviación de la relación isotópica de 13C en cualquier muestra viva, de petróleo o de gas natural, con respecto a la relación standard de los belemnites es muy grande. Y esto es algo que sucede únicamente por la actividad vital. El petróleo se forma bajo la superficie terrestre por la descomposición de organismos marinos. Digamos que los restos de microorganismos marinos y, en menor medida, de organismos terrestres arrastrados al mar por los ríos y de organismos marinos de mayor tamaño, se mezclan con las finas arenas y limos que caen al fondo en las grandes cuencas fluviales. Estos depósitos, que son muy ricos en materia orgánica, son el inicio de lo que serán las rocas que dan lugar al crudo. Los sedimentos se van depositando y acaban hundiéndose en el suelo marino. La acumulación gradual de estos restos añade presión sobre los estratos inferiores, aumentando también la temperatura. Las arenas y los lodos se endurecen y transforman en areniscas y esquistos respectivamente, los carbonatos precipitados y los fragmentos de conchas acaban formando rocas calizas, y el resto de la materia orgánica se transforma en petróleo y gas natural. Una vez formados, el petróleo y el gas natural ascienden atravesando la corteza terrestre formada en estas zonas por unos materiales de mayor densidad. Cuando en su ascenso se encuentran con una zona de mayor densidad se paraliza su movimiento y se va formando una bolsa de gas o de petróleo. Si no se para este ascenso, que hemos descrito, por rocas impermeables llega a manar en la superficie, así se han decubierto algunos yacimientos, por simple observación. El proceso es similar al del asfalto natural que aun hoy se encuentra en ciertos lagos como el mar Muerto (Israel-Jordania), utilizado desde la antigüedad, el lago Bermúdez (Venezuela) que es el lago bituminoso más grande del mundo, el Lago de La Brea (Trinidad y Tobago) aún está en explotación, y también son famosos los pozos del rancho de La Brea en California (U.S.A.). El gas natural también aflora en filtraciones, se trata de una mezcla de gases en la que predomina el metano. Suele encontrarse en los mismos yacimientos de petróleo o en los de carbón, pero también aparece sólo en numerosas ocasiones.
Carbón
El carbón mineral se originó por la descomposición de plantas terrestres, que se acumularon en áreas acuáticas poco profundas. Los restos de las plantas muertas se acumularon en el fondo de las cuencas hidrológicas donde se inició una lenta fase de descomposición microbiana condicionada por la capa de agua que cubría estos restos. La mayor parte del carbón se originó en el periodo carbonífero (hace unos 350 millones de años), las plantas que originaron estos depósitos vivían en bosques en los que destacaban enormes helechos de porte arbóreo. La materia vegetal en descomposición durante el proceso de fosilización perdió oxígeno e hidrógeno, con lo que el depósito se enriqueció en carbono. La presión de las capas superiores, así como los movimientos de la corteza terrestre comprimieron y endurecieron los depósitos hasta formar el carbón mineral. En las cuencas hulleras se pueden observar, tanto en el carbón como en las rocas adyacentes, restos fósiles y marcas de plantas extingidas. La fase inicial de estos procesos puede verse hoy día si se visita una turbera. En las turberas la materia vegetal todavía es palpable y hay mucha humedad, los carbones más pobres en carbono son los lignitos, luego vendrían otros tipos intermedios que son diferentes tipos de hulla y, por último, la antracita, que es el más rico en carbono. En ciertas condiciones geológicas se genera el grafito, que es prácticamente carbono puro.
El gran reto
Los combustibles fósiles como se deduce de su nombre son fuentes de energía no renovable; antes o después se agotarán. El petróleo aporta la mayor parte de la energía mundial destinada al transporte, además es la materia prima de varias industrias y los compuestos obtenidos a partir del crudo se emplean en la producción de plásticos, abonos, textiles, medicamentos, etc. Aporta más energía por gramo que ningún otro combustible fósil, pero las estimaciones acerca de las reservas mundiales de petróleo han cambiado muy poco en épocas recientes, excepción hecha de los recientes hallazgos en las costas del estado de Sao Paulo (Brasil). Hemos alcanzado lo que en la literatura geológica anglosajona se conoce como “peak oil” que es la cantidad máxima de extracción mundial; es decir, a partir de ahora se inicia una fase de declive. La etapa del petróleo "fácil y barato" ha llegado a su fin. Muchos pozos están generando menos barriles de petróleo cada año, como el famoso pozo Cantarell (México) que en el mes de diciembre del 2003, alcanzó su particular pico de producción. Hemos vivido una era del petróleo que está empezando su declive, en estos tiempos de cambio parece que las alternativas siguen pasando por quemar restos biológicos. Por una parte se sigue perforando en aguas cada vez más profundas con lo que el petróleo será cada vez más caro, y por otra parte tenemos al gas natural. Hace algún tiempo se quemaba al aire libre o se dejaba escapar, sin más. Ahora eso es impensable, al menos en España se ha convertido en la primera fuente de energía para obtener electricidad, tanto en centrales térmicas clásicas como en las de ciclo combinado. Hoy en día, la gente da gran valor al gas natural como combustible y como fuente de sustancias químicas. Se trata de la primera alternativa al petróleo tanto para obtener electricidad como para transporte. Un buen ejemplo de esto último lo encontramos en Bolivia que en los surtidores, junto a la gasolina y el gasoil se vende el gas propano como un combustible más. ¿Qué hará la humanidad cuando la escasez de petróleo empiece a ser un problema y el gas natural y el carbón no nos puedan satisfacer del mismo modo que lo hace el petróleo? Ese es el gran reto al que se enfrenta la humanidad este siglo. Dentro de pocos años tendremos la respuesta.
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