Combustible fósil
Definición
Un combustible fósil es un combustible formado por procesos naturales, como la descomposición anaeróbica de organismos muertos enterrados, que contiene energía que se origina en la fotosíntesis antigua. La edad de los organismos y sus combustibles fósiles resultantes es típicamente de millones de años, y algunas veces excede los 650 millones de años. Los combustibles fósiles contienen altos porcentajes de carbono e incluyen petróleo, carbón y gas natural. Otros derivados comúnmente usados incluyen queroseno y propano. Los combustibles fósiles van desde materiales volátiles con bajas relaciones de carbono a hidrógeno, como el metano, a líquidos como el petróleo, a materiales no volátiles compuestos de carbono casi puro, como el carbón de antracita. El metano se puede encontrar en los campos de hidrocarburos, ya sea solo, asociado con el petróleo, o en forma de clatratos de metano.
La teoría de que los combustibles fósiles se formaron a partir de los restos fosilizados de plantas muertas por la exposición al calor y la presión en la corteza terrestre durante millones de años fue introducida por primera vez por Georgius Agricola en 1556 y más tarde por Mikhail Lomonosov en el siglo XVIII.
Aunque los combustibles fósiles se forman continuamente a través de procesos naturales, en general se los considera recursos no renovables porque tardan millones de años en formarse y las reservas viables conocidas se están agotando mucho más rápido que las nuevas.
El uso de combustibles fósiles plantea serias preocupaciones ambientales. La quema de combustibles fósiles produce alrededor de 21.3 mil millones de toneladas (21.3 gigatoneladas) de dióxido de carbono (CO 2 ) por año. Se estima que los procesos naturales solo pueden absorber aproximadamente la mitad de esa cantidad, por lo que hay un aumento neto de 10.650 millones de toneladas de dióxido de carbono en la atmósfera por año. El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero que aumenta el forzamiento radiativo y contribuye al calentamiento global. Se está llevando a cabo un movimiento global hacia la generación de energía renovable para ayudar a reducir las emisiones globales de gases de efecto invernadero.
Origen
El fitoplancton acuático y el zooplancton que murieron y se sedimentaron en grandes cantidades en condiciones anóxicas hace millones de años comenzaron a formar petróleo y gas natural como resultado de la descomposición anaeróbica. Durante el tiempo geológico, esta materia orgánica, mezclada con barro, quedó enterrada bajo capas pesadas de sedimentos inorgánicos. Los altos niveles resultantes de calor y presión causaron que la materia orgánica cambiara químicamente, primero en un material ceroso conocido como kerógeno que se encuentra en las lutitas bituminosas, y luego con más calor en hidrocarburos líquidos y gaseosos en un proceso conocido como catagénesis. A pesar de estas transformaciones impulsadas por el calor (que pueden aumentar la densidad de energía en comparación con la materia orgánica típica), la energía incorporada sigue siendo de origen fotosintético.
Las plantas terrestres, por otro lado, tienden a formar carbón y metano. Muchos de los campos de carbón datan del período Carbonífero de la historia de la Tierra. Las plantas terrestres también forman el kerógeno tipo III, una fuente de gas natural.
Existe una amplia gama de compuestos orgánicos o de hidrocarburos en cualquier mezcla de combustible. La mezcla específica de hidrocarburos otorga al combustible sus propiedades características, como punto de ebullición, punto de fusión, densidad, viscosidad, etc. Algunos combustibles como el gas natural, por ejemplo, contienen solo componentes gaseosos de muy baja ebullición. Otros como la gasolina o el diesel contienen componentes de punto de ebullición mucho más altos.
Importancia
Los combustibles fósiles son de gran importancia porque pueden quemarse (oxidados en dióxido de carbono y agua), produciendo cantidades significativas de energía por unidad de masa. El uso del carbón como combustible es anterior a la historia registrada. El carbón se usaba para hacer funcionar hornos para fundir el mineral de metal. Los hidrocarburos semisólidos de las filtraciones también se quemaron en la antigüedad, pero estos materiales se usaban principalmente para impermeabilizar y embalsamar.
La explotación comercial del petróleo comenzó en el siglo XIX, en gran parte para reemplazar los aceites de fuentes animales (especialmente el aceite de ballena) para su uso en lámparas de aceite.
El gas natural, una vez quemado como un subproducto innecesario de la producción de petróleo, ahora se considera un recurso muy valioso. Los depósitos de gas natural también son la fuente principal del elemento helio.
El petróleo crudo pesado, que es mucho más viscoso que el petróleo crudo convencional, y las arenas de alquitrán, donde el betún se encuentra mezclado con arena y arcilla, comenzaron a ser más importantes como fuentes de combustible fósil a principios de la década de 2000. La pizarra bituminosa y materiales similares son rocas sedimentarias que contienen kerógeno, una mezcla compleja de compuestos orgánicos de alto peso molecular, que producen petróleo crudo sintético cuando se calientan (pirolizan). Estos materiales aún no se han explotado completamente comercialmente. Con procesamiento adicional, se pueden emplear en lugar de otros ya establecidos depósitos de combustibles fósiles. Más recientemente, ha habido desinversión en la explotación de dichos recursos debido a su alto costo de carbono, en relación con las reservas más fáciles de procesar.
Antes de la segunda mitad del siglo XVIII, los molinos de viento y los molinos de agua proporcionaban la energía necesaria para la industria, como la molienda de harina, el aserrado de madera o el bombeo de agua, y la quema de madera o turba para proporcionar calor doméstico. El uso a gran escala de combustibles fósiles, carbón al principio y petróleo después, para disparar motores de vapor permitió la Revolución Industrial. Al mismo tiempo, las luces de gas que utilizan gas natural o gas de carbón estaban siendo utilizadas ampliamente. La invención del motor de combustión interna y su uso en automóviles y camiones aumentó en gran medida la demanda de gasolina y diesel, ambos hechos de combustibles fósiles. Otras formas de transporte, ferrocarriles y aviones, también requieren combustibles fósiles. El otro uso principal para los combustibles fósiles es en la generación de electricidad y como materia prima para la industria petroquímica. Alquitrán, un residuo de la extracción de petróleo,
Reservas
Los niveles de las fuentes de energía primaria son las reservas en el suelo. Los flujos son la producción de combustibles fósiles de estas reservas. La parte más importante de las fuentes de energía primaria son las fuentes de energía fósil basadas en el carbono. El carbón, el petróleo y el gas natural proporcionaron el 79,6% de la producción de energía primaria durante 2002 (en millones de toneladas equivalentes de petróleo (mtoe)) (34,9 + 23,5 + 21,2).
Niveles (reservas probadas) durante 2005-2006
- Carbón: 997,748 millones de toneladas cortas (905 mil millones de toneladas métricas), 4,416 mil millones de barriles (702.1 km) de petróleo equivalente
- Petróleo: 1,119 billones de barriles (177.9 km) a 1.317 billones de barriles (209.4 km)
- Gas natural: 6.183-6.381 billones de pies cúbicos (175-181 billones de metros cúbicos), 1.161 millones de barriles (184,6 × 10 m) de petróleo equivalente
Flujos (producción diaria) durante 2006
- Carbón: 18,476,127 toneladas cortas (16,761,260 toneladas métricas), 52,000,000 barriles (8,300,000 m) de petróleo equivalente por día
- Petróleo: 84,000,000 barriles por día (13,400,000 m / d)
- Gas natural: 104,435 billones de pies cúbicos (2,963 billones de metros cúbicos), 19,000,000 barriles (3,000,000 m) de petróleo equivalente por día
Límites y alternativas
PE Hodgson, un investigador emérito en física en Corpus Christi College, Oxford, espera que el uso de energía en el mundo se duplique cada catorce años y la necesidad aumenta aún más rápidamente e insistió en 2008 en que la producción mundial de petróleo, un recurso principal de fósiles combustible, se espera que llegue a su punto máximo en diez años y luego caiga.
El principio de oferta y demanda sostiene que a medida que disminuyan los suministros de hidrocarburos, los precios subirán. Por lo tanto, los precios más altos conducirán a un aumento de los suministros alternativos de energía renovable, ya que las fuentes anteriormente antieconómicas se vuelven suficientemente económicas para explotar. Las gasolinas artificiales y otras fuentes de energía renovables actualmente requieren tecnologías de producción y procesamiento más costosas que las reservas convencionales de petróleo, pero pueden volverse económicamente viables en el futuro cercano. Las diferentes fuentes alternativas de energía incluyen nuclear, hidroeléctrica, solar, eólica y geotérmica.
Una de las alternativas energéticas más prometedoras es el uso de piensos no comestibles y biomasa para la captura de dióxido de carbono y biocombustibles. Si bien estos procesos no están exentos de problemas, actualmente están en práctica en todo el mundo. Biodiesels están siendo producidos por varias compañías y fuente de gran investigación en varias universidades. Algunos de los procesos más comunes y prometedores de conversión de lípidos renovables en combustibles utilizables son a través del hidrotratamiento y la descarboxilación.
Efectos ambientales
Estados Unidos tiene menos del 5% de la población mundial, pero debido a las grandes casas y automóviles privados, usa más del 25% del suministro mundial de combustibles fósiles. Como la mayor fuente de emisiones de gases de efecto invernadero de los EE. UU., El CO2 de la quema de combustibles fósiles representó el 80 por ciento de sus emisiones ponderadas en 1998. La combustión de combustibles fósiles también produce otros contaminantes atmosféricos, como óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y compuestos orgánicos volátiles. y metales pesados.
De acuerdo con Environment Canada:
Según el científico estadounidense Jerry Mahlman y USA Today: Mahlman, quien diseñó el lenguaje IPCC utilizado para definir los niveles de certeza científica, dice que el nuevo informe echará la culpa a los combustibles fósiles con "certeza virtual", lo que significa un 99% de seguridad. Eso es un salto significativo de "probable", o 66% seguro, en el último informe del grupo en 2001, dice Mahlman. Su papel en el esfuerzo de este año incluyó pasar dos meses revisando las más de 1,600 páginas de investigación que se incluyeron en la nueva evaluación.
La combustión de combustibles fósiles genera ácidos sulfúricos, carbónicos y nítricos, que caen a la Tierra en forma de lluvia ácida, afectando tanto las áreas naturales como el entorno construido. Los monumentos y esculturas hechas de mármol y piedra caliza son particularmente vulnerables, ya que los ácidos disuelven el carbonato de calcio.
Los combustibles fósiles también contienen materiales radiactivos, principalmente uranio y torio, que se liberan a la atmósfera. En 2000, alrededor de 12,000 toneladas de torio y 5,000 toneladas de uranio fueron liberadas en todo el mundo por la quema de carbón. Se estima que durante 1982, la quema de carbón en los Estados Unidos liberó 155 veces más radiactividad en la atmósfera que el accidente de Three Mile Island.
La quema de carbón también genera grandes cantidades de cenizas de fondo y cenizas volantes. Estos materiales se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, utilizando, por ejemplo, alrededor del 40% de la producción de EE. UU.
La recolección, el procesamiento y la distribución de combustibles fósiles también pueden generar problemas ambientales. Los métodos de extracción de carbón, en particular la remoción de la cima de la montaña y la extracción a cielo abierto, tienen impactos ambientales negativos, y la extracción de petróleo en alta mar representa un peligro para los organismos acuáticos. Las refinerías de petróleo también tienen impactos ambientales negativos, incluida la contaminación del aire y el agua. El transporte de carbón requiere el uso de locomotoras diesel, mientras que el crudo se transporta típicamente en buques cisterna, cada uno de los cuales requiere la combustión de combustibles fósiles adicionales.
La regulación ambiental usa una variedad de enfoques para limitar estas emisiones, como comando y control (que ordena la cantidad de contaminación o la tecnología utilizada), incentivos económicos o programas voluntarios.
Un ejemplo de dicha regulación en los EE. UU. Es que "la EPA está implementando políticas para reducir las emisiones de mercurio en el aire. Según las regulaciones emitidas en 2005, las centrales eléctricas de carbón necesitarán reducir sus emisiones en un 70 por ciento para 2018".
En términos económicos, la contaminación de los combustibles fósiles se considera una externalidad negativa. Los impuestos se consideran una forma de hacer que los costos sociales sean explícitos, a fin de 'internalizar' el costo de la contaminación. Esto tiene como objetivo hacer que los combustibles fósiles sean más caros, lo que reduce su uso y la cantidad de contaminación asociada con ellos, junto con el aumento de los fondos necesarios para contrarrestar estos factores.
Según Rodman D. Griffin, "la quema de carbón y petróleo ha ahorrado incalculables cantidades de tiempo y mano de obra a la vez que ha aumentado sustancialmente los niveles de vida en todo el mundo". Aunque el uso de combustibles fósiles puede parecer beneficioso para nuestras vidas, este acto está jugando un papel en el calentamiento global y se dice que es peligroso para el futuro.
Además, estas contaminaciones ambientales impactan en los seres humanos porque sus partículas del combustible fósil en el aire causan efectos negativos en la salud cuando las personas las inhalan. Estos efectos a la salud incluyen muerte prematura, enfermedad respiratoria aguda, asma agravado, bronquitis crónica y disminución de la función pulmonar. Entonces, los pobres, desnutridos, muy jóvenes y muy viejos, y las personas con enfermedades respiratorias preexistentes y otros problemas de salud corren más riesgo.
Industria
Efectos económicos
Europa gastó € 406 mil millones en la importación de combustibles fósiles en 2011 y € 545 mil millones en 2012. Esto es alrededor de tres veces más que el costo del rescate griego hasta 2013. En 2012 la energía eólica en Europa evitó € 9.6 mil millones en costos de combustibles fósiles. Un informe de 2014 de la Agencia Internacional de la Energía dijo que la industria de los combustibles fósiles recauda $ 550 mil millones al año en los subsidios a los combustibles fósiles del gobierno mundial. Esta cantidad fue de $ 490 mil millones en 2014, pero habría sido de $ 610 mil millones sin los acuerdos realizados en 2009.
Un informe de 2015 estudió 20 compañías de combustibles fósiles y descubrió que, si bien era altamente rentable, el costo económico oculto para la sociedad también era grande. El informe abarca el período 2008-2012 y señala que: "Para todas las compañías y todos los años, el costo económico para la sociedad de sus emisiones de CO 2 fue mayor que su beneficio después de impuestos, con la única excepción de ExxonMobil en 2008." Pure a las compañías de carbón les va peor: "el costo económico para la sociedad excede los ingresos totales en todos los años, con un costo que varía entre casi $ 2 y casi $ 9 por cada $ 1 de ingresos". En este caso, los ingresos totales incluyen "empleo, impuestos, compras de suministros y empleo indirecto".