Metano Monografía

PRODUCTOS DEL AIRE DE GUATEMALA, S. A. - MONOGRAFIAS

Metano CH 4 Monografía Lic. (Químico) MBA Sergio Sergio Molina Gerencia de Aplicaciones y Gases Especiales Productos del Aire de Guatemala, Guatemala, S. A.

1.

0.0457 mg/m3, pudiendo otorgar una cantidad de calor bruto de 1044 BTU/scf en su combustión.

RESUMEN Y GENERALIDADES

1.1 Descripción El Metano, conocido también como Gas de los Pantanos ó Hidruro de Carbono, es un gas incoloro, inodoro, insípido e inflamable. Es el primer miembro de la serie de las parafinas, denominada también serie de los hidrocarburos saturados, de los hidrocarburos alifáticos, o más técnicamente de la familia de los alcanos de la Química Orgánica, correspondiente a la serie homóloga de estructura CnH2n+2. Es soluble en alcohol y éter, y poco soluble en agua. Se le transporta como gas comprimido no licuado en cilindros a presiones de hasta 6000 psig a 70 ºF. El Metano es el mayor constituyente del gas de carbón, y se encuentra presente en cantidades apreciables en las minas de carbón mineral. 1.2 Grados de pureza disponibles El Metano está disponible para propósitos comerciales e industriales en grado CP (Chemically Pure) con una pureza mínima de 99% mol/mol, en grado TG (Technical Grade) con una pureza mínima de 98% mol/mol y en grado industrial con niveles de pureza entre 90 y 93%. La composición típica del Metano industrial, en % mol/mol se describe a continuación: Componente Metano Dióxido de Carbono Nitrógeno Etano Propano Iso-Butano n-Butano Iso-Pentano n-Pentano Hexano Heptano y superiores

Fórmula CH4 CO2 N2 C2H6 C3H8 C4H10 C4H10 C5H12 C5H12 C6H14 C7H16

% mol/mol 93.63 0.70 0.47 3.58 1.02 0.21 0.19 0.06 0.06 0.02 0.06

1.3 Usos del Metano El Metano del gas natural se utiliza ampliamente como combustible. En la industria química se le utiliza como materia prima para la fabricación de productos importantes como Acetileno, Amoníaco, Etanol y Metanol. Su cloración produce solventes como el Tetracloruro de Carbono, Cloroformo y Cloruros de Metilo y de Metileno. La combustión incompleta de Metano de alta pureza genera negro de humo, un material carbonífero sólido, de calidad suficiente para la fabricación de dispositivos electrónicos. e lectrónicos. 1.4 Efectos Fisiológicos Se considera que el Metano es un gas no tóxico. Los trabajadores de las minas de carbón pueden inhalar concentraciones de hasta 9% de metano en aire sin aparentes efectos debilitantes. La inhalación de altas concentraciones que no llegan a desplazar el contenido de oxígeno más abajo del 18% produce la sensación de presión en la frente y los ojos, pero este síntoma desaparece al respirarse aire fresco nuevamente. Concentraciones que provocan la disminución severa del oxígeno del aire actúan como asfixiantes simples. 1.5 Manejo y Almacenamiento seguros El Metano es un gas no corrosivo por lo que puede ser contenido en cualquiera de los metales comunes comerciales disponibles. El equipo de manejo es similar al diseñado para la operación con gases inflamables a altas presiones, tales como el hidrógeno. Dado que el gas natural es una forma impura de Metano, ambos deberán manejarse siguiendo las regulaciones establecidas para los productos altamente inflamables. 1.6 Sistemas de Transporte y Contención De acuerdo a las regulaciones internacionales, se autoriza el transporte, tanto del Metano como del Gas Natural, por los siguientes medios y contenedores:

Para efectos de detección, y debido a la ausencia de características organolépticas, el producto comercial contiene cantidades traza de t-Butil Mercaptano como odorizante para indicar la localización de posibles fugas. El contenido máximo de azufre en el gas comercial es de

Por vía férrea: En cilindros en forma condensada con densada (líquida) en vagones tanque diseñados para líquidos criogénicos. Por vía terrestre: En pipas en forma condensada (líquida) utilizando tanques diseñados para gases comprimidos fríos licuados a baja temperatura.

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Por vía acuática: En cilindros sobre buques de carga, o en barcazas (tipo A, CA y CB) de la unidad de guardacostas de los Estados Unidos únicamente. Como líquido en buques tanque ó barcazas tanque diseñadas para líquidos criogénicos. Por vía aérea: En cilindros en aviones de carga cuando contienen un máximo de 300 lb de peso neto. Por tubería: Como gas en tuberías de alta presión o como líquido en líneas diseñadas para líquidos criogénicos. El Metano puede ser contenido en cilindros de los tipos autorizados para almacenar gases comprimidos no licuados. Los usuarios de Metano industrial a granel, usualmente lo reciben en forma de gas natural para un procesamiento posterior de purificación. El almacenamiento de Metano para viajes transoceánicos se realiza en navíos que poseen tanques térmicamente aislados que lo conservan a temperaturas muy cercanas a los −162 ºC. A partir del descubrimiento del Hidrato de Metano (una forma sólida cristalina de un clatrato de solvatación formado de metano y agua) en los sedimentos marinos de muy alta presión y muy baja temperatura, se realizan investigaciones para el manejo, almacenamiento y transporte de esta nueva y abundante forma de gas natural disponible en la naturaleza para fines comerciales.

Motivo de investigación en la producción de Metano, constituyen el cracking catalítico (destilación fraccionada en presencia de catalizadores de sílica ácida para fragmentar los alcanos mayores en alcanos de 1 o 2 carbonos), la obtención de biogás a partir de desechos orgánicos de la industria agrícola y pecuaria, y el procesamiento de los hidratos de metano naturales. 1.9 Constantes Físicas del Metano Las características dependientes de la temperatura y/o la presión, están determinadas a 60 ºF (15.6 ºC) y 1 atmósfera de presión, a menos que se indique lo contrario. Sistema Inglés

Sistema Métrico

Símbolo químico

CH4

CH4

Peso molecular

16.042 g/mol 0.04235 lb/cf

16.042 g/mol 0.6784 kg/m3

0.55491

0.55491

23.6113 cf/lb 26.57 lb/cf -258.68 ºF -296.7 ºF -115.78 ºF 673.1 psia 10.09 lb/cf -296.5 ºF 1.69 psia

1.4740 m3 /Kg 425.61 Kg/m3 -161.49 ºC -182.61 ºC -82.10 ºC 4640.86 kPaa 161.63 Kg/m3 -182.5 ºC 11.65 kPaa

219.22 BTU/lb

509.91 KJ/Kg

0.05562 BTU/lb -296.5 ºF 0.5271 BTU/lbºF 0.4032 BTU/lbºF

0.1294 KJ/Kg -182.5 ºC 2.207 KJ/KgºC 1.688 KJ/KgºC

1.307

1.307

3.552 lb/gal 1011.6 BTU/lb 910.77 BTU/lb 5-15 %

425.6 Kg/m3 37691.15 KJ/m3 33934.33 KJ/m3 5-15 %

Característica

Densidad (gas) Gravedad (Aire=1)

esp

(gas)

Volumen esp (gas) Densidad (líquido) en el p.e. Punto de ebullición

1.7 Cilindros para Metano El envasado de Metano puede realizarse en cualquier tipo de cilindro autorizado para gases comprimidos no licuables de acuerdo a las regulaciones DOT, pero los más frecuentemente utilizados son los cilindros tipo 3A y 3AA. Sin embargo, además de éstos se incluyen los tipos 3B, 3C, 3D, 3E, 4, 4BA y 4C. Los cilindros con especificaciones 3, 7, 25, 26, 33 y 38, pueden continuar usándose siempre y cuando tengan vigente la prueba hidrostática y su vida útil esté aún vigente, pues que éstos ya no están autorizados para su fabricación. Todos los cilindros autorizados y utilizados para contener Metano o Gas Natural deben recalificarse cada 5 años aprobando la prueba hidrostática, independientemente de su diseño, a excepción de los cilindros DOT-4 que deberán recalificarse cada 10 años, y los 3C, 3E, 4C y 7, que no necesitan recalificación. La conexión estándar para todos los cilindros de Metano y Gas Natural es la CGA-350 para cargas de hasta 3000 psig, CGA-677 para cargas entre 3000 y 10000 psig, y CGA-450 para el despacho de Metano líquido criogénico.

Punto de congelación Temperatura crítica Presión crítica Densidad crítica Punto triple Calor latente vaporización

de

Calor latente de fusión Calor específico Cp Calor específico Cv Cociente Cp/Cv Peso del líquido en el p.e. Calor bruto de combustión

1.8 Producción industrial de Metano

Calor neto de combustión

El Metano se produce comercialmente en la actualidad, por purificación del gas natural mediante procesos de absorción ó adsorción, por superenfriamiento y destilación para obtener Metano de alta pureza, y por destilación fraccionada (cracking) del petróleo.

Límites de inflamabilidad

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2.

Estructura y Química del Metano

efectivas, o de la luz ultravioleta, que permitan la ruptura del enlace Todas las reacciones homolíticas dan rendimientos variables de productos, y conllevan a la formación de radicales libres que continúan el proceso en una reacción en cadena, para formar mezclas de polímeros saturados. Generalmente, las reacciones homolíticas del Metano, para formar otros compuestos más complejos, aprovechan la menor energía de disociación homolítica requerida por los halógenos elementales, particularmente Cloro, como reacción de inicio para generar Tetracloruro de Carbono, Cloroformo, Cloruro de Metileno ó Cloruro de Metilo, dependiendo de las proporciones estequiométricas de los reactantes. σ

.

El Metano es una molécula de fórmula CH4 que contiene un 74.87% de carbono y un 25.13% de hidrógeno, y es la estructura más simple de la química del carbono, así como el miembro más pequeño de la serie de los alcanos (denominados también parafinas ó hidrocarburos saturados) de fórmula genérica CnH2n+2, a la que pertenecen también el propano (C3H8), el butano (C4H10) y el octano (C8H18) que constituyen conocidos combustibles. El carbono del metano tiene una hibridación sp3 que le confiere las propiedades de ser tetravalente, presentando una disposición estereoquímica con la geometría de un tetraedro (pirámide de base triangular) y ángulos sólidos de enlace equivalentes a 109.5º, en el que el átomo de carbono es el centro del tetraedro, y sus vértices los átomos de hidrógeno unidos a él. Debido a que la diferencia de electronegatividades de Pauli entre el Hidrógeno y el Carbono es de tan sólo 0.45, el enlace entre estos átomos tiene solamente un 5% de carácter iónico, por lo que se le atribuye el carácter de un enlace covalente de tipo , definido por un orbital molecular con solamente dos electrones compartidos por enlace. σ

El enlace de tipo , es el más estable de los enlaces químicos, requiriendo de las más altas energías para lograr su disociación homolítica o heterolítica. Por ello, la química del metano, y de todos los alcanos asociados a la serie homóloga es muy peculiar y restrictiva. No se trata de una estructura inerte, ya que todos los alcanos, al igual que el metano, son sumamente reactivos a la oxidación, generalmente explosiva en presencia de oxígeno, pero sí limitada a una gama pequeña de modificaciones químicas sujetas a grandes requerimientos de energía, incluso para aquellos organismos que lo pueden producir o transformar. σ

Dentro de las reacciones heterolíticas mas significativas, se encuentra la disociación como ácido de Bronsted que se produce en las condiciones más severas como las que aporta el ácido sulfúrico concentrado, la que ha sido demostrada por RNM-H, en fase gaseosa, por intercambio isotópico con D2SO4 (Ácido sulfúrico perdeuterado ó 2H2SO4) en la que al llegar al equilibrio, genera una mezcla de CH3D, CH2D2, CHD3 y CD4, en orden decreciente de abundancia. La ecuación química para el producto más abundante es la siguiente: 2CH4 + D2SO4 → 2CH3D + H2SO4

Las reacciones homolíticas de los enlaces del metano, al igual que para todos los alcanos, implica la introducción de grandes cantidades de energía, obtenidas mediante el uso de altas temperaturas y presiones para generar colisiones

Las ecuaciones químicas de estas reacciones homolíticas se describen mediante el siguiente sistema (para el caso de las reacciones con Cloro): Cl2 + UV → 2Cl• (Iniciación) Cl• + CH4 → CH3• + HCl (Propagación) CH3• + Cl2 → CH3Cl + Cl• (Propagación) CH3• + Cl• → CH3Cl (Finalización) Los “clorometanos” formados constituyen la base para la construcción de otras moléculas orgánicas más complejas, mediante la química de los haluros de alquilo (vía Sustitución Nucleofílica o Reacciones de Grignard). En 1998, Periana et al, reportaron la conversión de Metano en Metanol en forma directa, mediante la oxidación con Sulfato de Paladio en Ácido Sulfúrico a 180 ºC con rendimientos superiores al 70%, abriendo las puertas a una conversión directa hacia productos oxigenados parcialmente oxidados a partir de Metano, como se describe en la siguiente ecuación química: CH4 (PdSO4 /H2SO4, 180 ºC) → CH3OH Teóricamente, la reacción se sugiere que procede mediante la activación de un catalítico de alta actividad como el Platino, para generar un intermediario Metil-Platino (PdCH3) con posterior hidrólisis. Una modificación interesante fue reportada por Dagani en 2003, por la cual la reacción del Metil-Platino intermediario con Monóxido de Carbono con posterior hidrólisis, produce Ácido Acético (CH3COOH), en un proceso que manifiesta el potencial de uso de los metal-alquilos para la síntesis orgánica y la puerta hacia la producción de otra gran gama de productos orgánicos de interés industrial, el cual se expresa mediante la siguiente ecuación química: CH4 + Pd(H2SO4 , 180 ºC) → PdCH3 + CO(H2O) → CH3COOH

Estas, sin embargo, son reacciones de interés para la industria química, más que para la industria energética. La industria energética se interesa particularmente sobre una reacción típica de los alcanos como lo es la reacción de combustión, por medio de la cual puede obtener cantidades apreciables de energía térmica, como se describe en la siguiente ecuación química:

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CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 213 Kcal/mol El mecanismo de la reacción de combustión aún no está plenamente diferenciado entre una ruptura homolítica o heterolítica, a la luz de la dinámica y cinética química, aunque la naturaleza de los productos apunta más a un proceso heterolítico, cuya baja energía de activación sugiere un proceso de iniciación de ruptura heterolítica de la molécula de oxígeno en uno de sus enlaces para provocar un ataque nucleofílico hacia los átomos de hidrógeno, menos electronegativos, enlazados al carbono. La diferencia entre el calor de combustión bruto y el calor de combustión neto, es exactamente equivalente al cálculo de la entalpía de reacción (Diferencia entre las entalpías de formación de los productos menos las entalpías de formación de los productos) que expresa el total de energía que se libera en el proceso (Energía bruta) y la Energía Li bre de Gibbs (entalpía de la reacción menos el desaprovechamiento de energía como entropía del sistema) que expresa la energía disponible en forma directa (Energía neta) como radiación, sin la componente cinética de las moléculas de los productos, la cual se disipa en el sistema sin ser utilizada.

Las mediciones de metano en los núcleos congelados de Groenlandia y el Ártico muestran concentraciones de Metano atmosférico de aproximadamente 350 ppb v/v durante la última glaciación hace 18,000 años, elevándose a 650 ppb v/v durante el siglo XIX. La cantidad total de metano natural producida a partir de sus fuentes en la naturaleza hasta los años 1800 se estimaron en aproximadamente 180 a 380 millones de TM por año, principalmente proveniente de los humedales y pantanos, con pequeñas contribuciones de tipo animal y oceánico.

π

Una comparación de la cantidad de calor liberada según los miembros de la serie homóloga de los alcanos más simples se describe en la tabla siguiente: Alcano Metano CH4 Etano C2H6 Propano C3H8 Butano C4H10

Calor de Combustión (Kcal/mol) 213 373 531 688

No obstante que el Metano posee la magnitud más baja en cuanto al calor liberado en la reacción de combustión, su interés económico radica en que su disponibilidad como gas natural posee al menos un 70% de pureza y los procesos de purificación para aumentarla son considerablemente menos onerosos que su obtención a partir del petróleo ó por síntesis química. 3.

Fuentes de Metano

El punto del sistema solar en donde existe la mayor fuente de Metano natural es el planeta Urano, cuya atmósfera está constituida por un 83% de Hidrógeno, 15% de Helio y 2% de Metano, y la luna Titán con un 4.8% de Metano.

Durante los últimos 200 años, las concentraciones de Metano se han elevado hasta 1800 ppb v/v y continuarán elevándose en los próximos años, ya que la cantidad de emisiones tanto naturales como antropogénicas han llegado a los 450 a 500 millones de TM/año, casi el doble del período preindustrial en donde predominaban las fuentes naturales. La principal fuente es ahora la perturbación antropogénica del ciclo del Metano en la naturaleza y sus efectos sobre los aspectos climáticos globales con relación al calentamiento del planeta. La distribución ponderada de las fuentes de Metano naturales o artificiales se describen en la siguiente Tabla (se incluyen los recién descubiertos Hidratos de Metano como fuente futura de gas natural aunque su explotación aún no se desarrolla): Fuente

Humedales y Pantanos Minas de Carbón y Gas natural Fermentación Entérica Cultivo de Arroz Combustión de Biomasa Rellenos Sanitarios Tratamiento de aguas residuales Desechos animales Producción por las terminas Hidratos de Metano y oceánico

Contribución

22% 19% 16% 12% 8% 6% 5% 5% 4% 3%

3.1 Humedales y Pantanos Los pantanos son las fuentes naturales mas grandes de Metano atmosférico, con emisiones estimadas en 100 millones de TM anuales. La producción de Metano en los pantanos se efectúa por procesos de descomposición anaeróbica de materiales orgánicos a través de bacterias metanogénicas, tanto en el agua como en los sedimentos desde donde asciende por la columna de agua hasta su liberación ambiental. El dragado y secado de los sedimentos conduce a la oxidación del Metano en la superficie del sedimento seco eliminándose con ello la emisión atmosférica. 3.2 Minas de Carbón y Gas Natural

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Las reservas de gas natural compuesto fundamentalmente por Metano, constituyen entre el 16 y el 24 % de las fuentes totales de este gas, en cantidad aproximada de explotación y pérdidas del proceso, entre 80 y 120 millones de TM anuales. El proceso por el cual se produce metano junto con ciertos combustibles fósiles es aún motivo de contradicción científica entre las teorías que apoyan la degradación de grandes cantidades de bosque acumulado por desastres geológicos bajo la actual superficie terrestre hasta la acumulación de formas simples de carbono de la atmósfera primigenia de la tierra antes del aparecimiento de la vida, bajo el manto terrestre. 3.3 Fermentación Entérica Los animales contribuyen con aproximadamente 80 millones de TM anuales de Metano, principalmente en las concentraciones de ganado que se ubican en India, China, la exUnión Soviética y Brasil, que aportan más de la mitad de las emisiones debidas a esta causa, siendo el 75% de ellas proveniente de ganado vacuno y el resto de búfalos, ovejas, cabras, cerdos, camellos y caballos (las estadísticas de control sanitario de los Estados Unidos hacen confiable la información antes indicada). La producción de Metano por los animales superiores se realiza por la fermentación de la celulosa y los polisacáridos en el rúmen intestinal, con rendimientos que dependen de la cantidad y calidad del alimento, el peso corporal, la edad y la actividad del ganado, con variaciones intra e interespecie.

La producción de Metano durante el cultivo de arroz se debe fundamentalmente a la acción degradativa de las bacterias metanogénicas sobre la materia orgánica, especialmente las estructuras de celulosa. Dicha degradación se produce en el sedimento de los arrozales y se ve afectada por la calidad del agua, el uso de fertilizantes naturales o sintéticos, la temperatura y otros factores tales como la oxidación del Metano en las aguas superficiales en su trayectoria a través de la columna de agua, que disminuye la cantidad de Metano liberado a la atmósfera y no se contabiliza en el aporte. 3.5 Combustión de Biomasa Las estimaciones actuales indican que el aporte de Metano a la atmósfera como consecuencia de incendios forestales y la combustión de residuos en condiciones anóxicas o de alto contenido de carbono, es de aproximadamente 10 a 50 millones de TM anuales. El Metano se produce por combustión incompleta de la biomasa a bajas concentraciones de oxígeno como las que se generan en los incendios forestales que hacen que la celulosa, lignanos y otros compuestos estructurales de los árboles no reaccionen completamente con el oxígeno del aire. De manera análoga sucede con los incineradores mal ajustados en su demanda de oxígeno, generando emisiones antropogénicas adicionales. 3.6 Rellenos Sanitarios, Desechos Animales y Tratamiento de Aguas Residuales. La producción de Metano en los basureros y rellenos sanitarios, junto con el que se genera en el tratamiento de las aguas residuales industriales y domésticas, oscila entre 30 y 70 millones de TM anuales (con una moda de 25 millones de TM), y es la responsable de los incendios espontáneos que se producen en las acumulaciones de residuos sólidos a los que se les da muy poco mantenimiento técnico. La degradación microorgánica en los rellenos sanitarios y de las aguas residuales genera una fermentación aeróbica en la superficie con abundante producción de CO2, y una fermentación anaeróbica no superficial que genera compuestos químicos reducidos, tales como Metano (CH4), Sulfuro de Hidrógeno (H2S), Amoníaco (NH3) y Fosfina (PH 3) proveniente de los principales elementos encontrados en la materia orgánica.

3.4 Cultivo de Arroz La producción de arroz aporta entre el 10 y el 20 % de las emisiones de Metano a la atmósfera con un total anual entre 50 y 100 millones de TM. Desde la década de los setentas, la producción de arroz se ha elevado en un 30% como consecuencia del incremento de las áreas de cultivo y de sus mayores rendimientos, incrementando en la misma proporción la producción de Metano agrogénico. Más del 90% de estas emisiones están confinadas a Asia.

El uso de los excrementos del ganado vacuno, alto en contenido de bacterias metanogénicas, se empezó a utilizar para la digestión anaeróbica de los residuos agrícolas y pecuarios para la generación de Biogás, un metano obtenido por reciclado de los desechos de las fincas de producción agropecuaria para autogeneración energética en la década de los ochenta. El alto costo actual de la energía proveniente de la combustión de derivados del petróleo, ha hecho renacer los esfuerzos por el aprovechamiento de este tipo de residuos para la co-generación eléctrica. 3.7 Producción por las termitas

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Se estima que esta fuente natural es considerablemente pequeña en comparación con el resto, pero puede aportar hasta 200 millones de TM anuales provenientes de las regiones típicas del hábitat de este insecto, ubicadas en los bosques y tierras tropicales. Los residuos de la alimentación de las termitas sobre el material celulósico-maderero son atacados por la enzima Metano-Oxidasa que se encuentra en la mayoría de microorganismos ambientales celulolíticos, para catalizar la reacción inversa, con la consiguiente producción de Metano.

País ó Región Estados Unidos Canadá y Latinoamérica ExUnión Soviética Medio Oriente Resto del Mundo

La fuente oceánica de Metano es probablemente de las más pobres, ya que solamente aporta menos del 1% de las emisiones globales con una cantidad anual de 10 millones de TM, principalmente de las regiones costeras en donde se le encuentra en estado de alta sobresaturación. Los mecanismos de generación de Metano por los océanos son exactamente los mismos que lo originan en los pantanos y humedales, siendo su aporte proporcional a la cantidad de contaminación trófica encontrada en las costas. Los hidratos de Metano son estructuras cristalinas sólidas recién descubiertas en forma natural en el fondo de los mares en los que la alta presión (presión atmosférica más la presión hidrostática) y la baja temperatura, han permitido la formación de clatratos de solvatación entre el metano producido en las condiciones anóxicas del sedimento marino y las moléculas de agua. Sus reservas aún no han sido calculadas en su totalidad, pero se incluye el aporte de las zonas clasificadas hasta 2003 como potenciales productoras de Metano “sólido”.

4.

Reservas Mundiales de Gas Natural comercial

A la velocidad de uso de los combustibles fósiles en 1988, los depósitos explotables de carbón mineral, gas natural y petróleo podían durar 1500, 120 y 60 años respectivamente, sin tomar en cuenta la producción no convencional de combustibles que podrían doblar esta duración para el caso del gas natural y el petróleo. Las reservas de gas natural de los depósitos conocidos hasta 1988 (no considera los Hidratos de Metano descubiertos posteriormente en el fondo de los mares) se describen en la tabla siguiente:

Reservas estimadas adicionales

380 380 1350 1180 850

280 600 1280 1000 1120

Valores expresados en Quads (1 Quad = 1018 Joules) 5.

3.8 Hidratos de Metano y el Metano Oceánico

Reservas conocidas y explotables

Origen y Composición del gas natural de carácter mineral, antes y después de su refinamiento

El Gas Natural es un combustible fósil, al igual que el carbón mineral y el petróleo, lo que significa que constituyen los restos degradados de animales, plantas y microorganismos que vivieron hace millones de años. Existen diferentes teorías que explican el origen de los combustibles fósiles, pero la más difundida asume que los restos orgánicos se fueron acumulando a cada vez mayores profundidades en la corteza terrestre, sometiéndose no solamente a presiones considerablemente más grandes que la atmosférica por el peso de la columna de suelo, sino que a mayores temperaturas como lo indica la experiencia del incremento térmico con la profundidad. El efecto de la presión sobre la degradación de la materia orgánica constituyó la compresión que generó la saturación de las moléculas orgánicas hasta estructuras formadas casi exclusivamente de carbono e hidrógeno, mientras que el efecto de la temperatura influyó en la ruptura de dichas estructuras hidrocarbonadas en fragmentos cada vez más pequeños. Ello explica el por qué los yacimientos de combustibles fósiles más profundos (y que estuvieron sometidos a más altas temperaturas) sean ricos en gas natural (y a veces en Metano puro), mientras que los yacimientos menos profundos sean abundantes en combustibles fósiles líquidos (petróleo). Los depósitos exclusivos de gas natural (que también son ricos en Helio) se asumen con una génesis directamente relacionada con un proceso abiótico por el que los materiales carbonados de la corteza terrestre en su ascenso a la superficie se encuentran con depósitos de hidrógeno e interactúan químicamente mediante la catálisis de las rocas silícicas en ausencia de oxígeno, para producir gas natural, el cual puede alojarse en agujeros de la corteza para formar los depósitos o yacimientos específicos. La composición del Gas Natural mineral antes de su refinamiento, la cual evidencia la presencia de los hidrocarburos saturados más pequeños de la serie homóloga de los alcanos, es la que se describe a continuación: Componente Metano Etano Propano Butano

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Estructura CH4 C2H6 C3H8 C4H10

% mol/mol 70 – 90 0 - 20


Dióxido de Carbono Oxígeno Nitrógeno Sulfuro de Hidrógeno Gases Nobles

CO2 O2 N2 H2S Ar, He, Ne

0–8 0.0 – 0.2 0–5 0–5 Trazas

Las especificaciones para el Gas Natural comercial consumido en diferentes partes del mundo no son necesariamente las mismas, y dependen fundamentalmente del grado de purificación al que se le somete. Así, el gas natural que se distribuye en Qutar, India, posee especificaciones más bajas en pureza que el que se distribuye en Ontario, Canadá, y el primero carece de especificaciones relativas al contenido de oxígeno, hidrógeno y azufre, como se muestra en la siguiente tabla. Componente Metano Etano Propano Butano(s) Pentano(s) Hexano(s) Heptano(s) Nitrógeno Dióxido de Carbono Oxígeno Hidrógeno Humedad (Agua) Azufre 6.

Purificación industrial

India 80.97% 7.38% 4.48% 1.74% 0.35% 0.06% 0.02% 0.01% 0.98% NE NE 0.01% NE del

Gas

Canadá 94.9% 2.5% 0.2% 0.06% 0.02% 0.01% NE 1.6% 0.7% 0.02% trazas 80 mg/m3 5.5 mg/m3 Natural

Norma US 87-96 % 1.8-5.1 % 0.1-1.5 % 0.01-0.6% 0.00-0.18 0.00-0.06 NE 1.3-5.6 % 0.1-1.0 % 0.01-0.10 % 0.00-0.02 % 16-32 mg/m3 5-10 mg/m3

hasta

La presencia de sulfuro de hidrógeno provee de un gas combustible que se convierte en dióxido de azufre, un gas corrosivo y contaminante del aire, que llega a producir lluvia ácida por sus consecuentes oxidaciones hasta ácido sulfúrico en las más altas capas de la atmósfera. Su flujo a través de las tuberías del proceso provoca la corrosión de la mayoría de los metales. Toda vez las concentraciones de metano, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y agua se encuentran normalizadas, las concentraciones del resto de los contaminantes se encontrarán dentro de límite de la seguridad de operación para la combustión con aire. La concentración de oxígeno se regula a través de mecanismos de quimiosorción sobre absorbentes específicos que no pongan en riesgo de inflamación el proceso de purificación. Existen diferentes procesos y sistemas de purificación, pero en términos generales, involucran los siguientes subprocesos en orden continuo (si el análisis de la materia prima requiere su aplicación): a. b. c. d. e. f. g.

Metano

El Gas Natural requiere de procesos de purificación, siempre y cuando su concentración en la fuente sea menor al 87% v/v y los niveles de Dióxido de Carbono y Sulfuro de Hidrógeno superen las regulaciones de emisiones a la atmósfera de los productos de la combustión (seguridad ambiental) ó puedan causar el deterioro de las instalaciones y tuberías de operación (seguridad industrial). Adicionalmente es necesario indicar que los altos niveles de impurezas no hidrocarbonadas, aunque éstas sean combustibles, disminuyen la capacidad calorífica del sistema para entregar una cantidad de energía comparable a la de otros combustibles fósiles, o bien ahogan el sistema de combustión en su operación continua. Las impurezas más importantes a ser eliminadas del producto bruto lo constituyen el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno y la humedad. Altos contenidos de dióxido de carbono producen combustiones incompletas con generación de monóxido de carbono que es sumamente tóxico y aumentan el carácter entrópico del sistema con desaprovechamientos energéticos dirigidos a incrementar la energía cinética de las moléculas de los gases producidos, lo que se traduce en un almacenamiento energético dentro éstas, que solamente es transferible por colisión (convección ineficiente) y no por irradiación (conversión completa de energía química en energía calorífica en forma cuantizada).

Compresión y almacenamiento del gas bruto Remoción de CO2 y H2S (Cal, alcanolamina/glicol) Remoción de H2O Adsorción de impurezas en carbón activo Separación selectiva en filtros de membrana Compresión y licuefacción en tanque criogénico Distribución de fase gaseosa en tubería, de fase líquida en pipas criogénicas refrigeradas ó de fase gaseosa en cilindros de alta presión, con adición de indicador organoléptico de fugas (Sulfuro de ter-Butilo).

Este sistema permite procesar Gas Natural de hasta un 50% de pureza en Metano y convertirlo en Metano de un mínimo de 95% de pureza, con emisiones de pérdida que contienen 10% de Metano con balance Dióxido de Carbono. El anexo 1, presenta un diagrama de flujo del proceso aplicado a la recuperación de Metano de los rellenos sanitarios. 7.

La generación artificial de Metano como Biogás

7.1 Obtención de Biogás El Gas Natural es un combustible fósil que fue creado hace millones de años a través de la descomposición anaeróbica de materiales orgánicos, mediada por microorganismos, altas presiones y altas temperaturas, encontrándosele asociado a la presencia de petróleo y carbón de hulla. El mismo tipo de bacterias anaeróbicas que produjeron el Gas Natural lo siguen produciendo en la actualidad, ya que las bacterias anaeróbicas constituyen las formas más antiguas de vida sobre la tierra. Se desarrollaron antes de que la fotosíntesis de las plantas verdes liberaran grandes cantidades de oxígeno a la atmósfera. Los microorganismos anaeróbicos rompen o digieren el material orgánico en ausencia de oxígeno y producen biogás

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como producto de desecho. A diferencia de la digestión aeróbica o Compost que consume gran cantidad de oxígeno y libera calor, la degradación anaeróbica ocurre espontáneamente en pantanos, tierras inundadas (humedales) y campos de cultivo de arroz, cuerpos de agua de gran profundidad, y en el sistema digestivo de las termitas y de los mamíferos superiores (especialmente los celulotróficos). Los procesos anaeróbicos pueden manejarse en un digestor (un tanque hermético) ó una piscina cubierta (estanque utilizado para el almacenamiento de estiércol) para el tratamiento de desechos sólidos. El beneficio primario de la utilización de digestores anaeróbicos radica en el reciclado de nutrientes, el tratamiento de desechos y el control de olores. A excepción de los sistemas intensivos y de escala, la producción y uso de biogás es solamente un beneficio secundario. El Biogás producido en un digestor anaeróbico está constituido de Metano (50-80 %), Dióxido de Carbono (2050 %), y niveles traza de otros gases como el Hidrógeno, Monóxido de Carbono, Nitrógeno, Oxígeno y Sulfuro de Hidrógeno. La composición relativa de estos gases en el biogás depende del material que se digiera y de la administración del proceso. Cuando se quema un pié cúbico de biogás (0.028 metros cúbicos) se obtiene un rendimiento de 10 BTU de energía calorífica por cada 1% de pureza de metano contenido en él. 7.2 Diseño de los Digestores Los digestores anaeróbicos se construyen de concreto, acero, ladrillo ó plástico. Tienen formas de silos, cuencas o piscinas, y pueden colocarse en la superficie del suelo o debajo de ella. Todos los diseños incorporan los mismos componentes básicos: un tanque de premezclado, un tanque de digestión, un sistema para disposición y uso del biogás, y un sistema para disposición del efluente residual líquido. Existen dos tipos básicos de digestores: por lote y continuo. Los digestores por lote son los más fáciles de construir y su operación consiste en su carga con materiales orgánicos para permitir su digestión. El tiempo de retención depende de la temperatura y de otros factores, pero toda vez que la digestión se ha completado, el efluente se remueve y el proceso se repite. En un digestor continuo, el material orgánico se adiciona constantemente y en forma regular. El material se revuelve en el digestor en forma mecánica o por la fuerza de las nuevas cargas que empujan el material digerido. A diferencia de los del tipo lote, los digestores continuos producen biogás sin la interrupción de la recarga de material o la descarga del efluente. Se seleccionan para operaciones a gran escala. Existen tres tipos de digestores continuos: de tanque vertical, de tanque horizontal y de tanques múltiples. El diseño, operación y mantenimiento adecuados de un digestor continuo produce un suministro consistente de biogás utilizable.

7.3 El Proceso de Digestión La degradación anaeróbica es un proceso complejo. Se desarrolla en tres etapas como resultado de la acción de una variedad de microorganismos. Inicialmente, un grupo de organismos convierte la materia orgánica a un material que utilizable por un segundo grupo de organismos que lo utilizan para generar ácidos orgánicos. Las bacterias metanogénicas utilizan estos ácidos para completar el proceso de descomposición. Una amplia gama de factores afectan la velocidad de la digestión y la producción de biogás. El más importante es la temperatura. Las comunidades de bacterias anaeróbicas pueden soportar amplios rangos de temperatura entre por debajo de la congelación del agua hasta por encima de 135 ºF (57.2 ºC), pero la temperatura óptima para realizar el proceso es de aproximadamente 98 ºF (36.7 ºC) para los microorganismos mesofílicos ó de 130 ºF (54.4 ºC) para los microorganismos termofílicos. La actividad bacteriana, y por lo tanto la producción de biogás, cae significativamente entre 103 y 125 ºF (39.4 y 51.7 ºC) y se reduce gradualmente desde los 95 hasta los 32 ºF (35 a 0 ºC). En el rango termofílico, la descomposición y la producción de biogás ocurre más rápidamente que en el rango mesofílico. De cualquier forma, el proceso es muy sensible a los cambios en los materiales de carga y las variaciones significativas de temperatura. Mientras que todos los digestores anaeróbicos reducen la viabilidad de parásitos y organismos patógenos, las altas temperaturas que alcanza la digestión termofílica provocan una mayor destrucción de estos agentes etiológicos. Los digestores que operan en el rango mesofílico tienen que ser de mayores dimensiones que sus equivalentes termofílicos, ya que necesitan procesar la misma carga en períodos más largos de descomposición (tiempo de residencia). Para optimizar el proceso de digestión, el sistema debe mantener una temperatura constante y consistente, ya que las variaciones bruscas inactivan las enzimas degradadotas y reducen la actividad bacteriana. En la mayoría de los digestores instalados en los Estados Unidos, se requiere de algún nivel de aislamiento térmico ó bien calefacción. En algunas instalaciones, se hace circular el refrigerante termalizado de las máquinas que operan con el biogás producido, alrededor del digestor, para transferir el calor y mantenerlo caliente en estaciones climáticas frías. No obstante, es importante indicar que si se utilizan bacterias propias de la región en vez de inóculos purificados, las primeras pueden estar adaptadas a los cambios de temperatura y podrán ser capaces de desarrollar el proceso degradativo aún a temperaturas tan bajas como 72 ºF (22.2 ºC). Otros factores afectan la velocidad y la cantidad producida de biogás, tales como el pH, la relación agua/sólidos, la relación carbono/nitrógeno, la homogeneidad de los

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materiales en composición y tamaño, y el tiempo de retención. La ejecución de un preajuste de mezclado y tamaño del material a degradar, para generar una consistencia homogénea, permite a las bacterias trabajar más rápidamente. En la mayoría de los casos el pH se autoregula, pero puede añadirse Bicarbonato de Sodio para mantener un pH consistente, sobre todo cuando la proporción de nitrógeno es muy elevada. Puede ser necesario añadir agua al material de carga si éste se encuentra demasiado seco o si el contenido de nitrógeno es considerablemente alto. El mejor cociente Carbono/Nitrógeno es entre 20/1 a 30/1, por lo que sustratos tales como carbohidratos o celulosa generan elevados rendimientos de biogás. Cuando se utilizan los excrementos animales, es necesario cuidar de que se recojan los materiales de aquéllos que no han sido sometidos a tratamientos con antibióticos, para no afectar la microbiota presente en el digestor. 7.4 Producción y Uso del Biogás Tan pronto como se establezcan las condiciones óptimas de operación, las bacterias anaeróbicas continuarán produciendo biogás, con algunas fluctuaciones menores. El Biogás puede ser utilizado en forma cruda para calefacción y cocción de alimentos, y para la operación de máquinas de combustión para generar energía mecánica o eléctrica siempre y cuando se eliminen por quimiosorción líquida (scruber) el sulfuro de hidrógeno (gas altamente corrosivo y tóxico) y el dióxido de carbono (para generar un producto comercial de ciertas especificaciones) en el caso de una distribución intubada industrial.

efluente puede significar un valor económico recuperado, la digestión anaeróbica y la producción de biogás puede reducir considerablemente los costos totales de operación d e las principales actividades agrícolas y pecuarias. La producción de biogás para generar economías en electricidad requiere de los excrementos de al menos 150 animales adultos. Los digestores anaeróbicos enterrados y construidos de concreto, han sido de gran utilidad agrícola en comunidades de China, donde los combustibles fósiles y la electricidad son onerosos o poco disponibles. 7.7 Otros esfuerzos en la producción artificial de Gas Natural como Desarrollo Sostenible y Protección Ambiental Debido a que el Metano es considerado más contaminante para el calentamiento global que el Dióxido de Carbono, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha iniciado un programa del aprovechamiento del Metano producido en los rellenos sanitarios de las principales ciudades norteamericanas, con el objetivo principal de utilizarlo como combustible y con ello contribuir a disminuir este problema ambiental global, aún a costa de la producción de otro contaminante equivalente como el Dióxido de Carbono, pero que ejerce una menor contribución al calentamiento global. Una de las empresas que ha acogido este programa, con bastante éxito, es AT&T que utiliza el Metano generado por los rellenos sanitarios de la Ciudad de Columbus, Ohio, para termalizar sus 2 millones de pies cuadrados de planta, augurando 30 ó más años de operaciones similares, con un ahorro en combustibles de US$60,000 en el primer año de funcionamiento. 8.

7.5 Uso del Efluente El material drenado del digestor se denomina efluente, y es un líquido rico en nutrientes (amoníaco, fósforo, potasio y gran cantidad de elementos traza) que constituye un excelente acondicionador del suelo. Se le puede convertir en aditivo del alimento del ganado, procurando utilizar materiales a digerir libres de contaminantes (pesticidas, herbicidas) que pueden concentrarse en el efluente debido a su baja biodegradabilidad. 7.6 Aspectos Económicos El costo de los sistemas digestores anaeróbicos se mantiene en un margen bastante amplio dependiendo del grado de tecnología que se involucre en el mismo. Los factores que determinan su costo involucran el tamaño, clima local y la disponibilidad y tipo de materiales orgánicos a digerir. En los Estados Unidos, se ha limitado el uso de los digestores para la producción exclusiva de biogás, debido a que se dispone de combustibles fósiles a bajo costo, desarrollándose solamente con el interés de proveer los beneficios de un sistema de tratamiento de residuos y la reducción de olores. En los países en donde los costos de tratamiento de desechos agropecuarios son altos, y el

Hidratos de Metano: Una nueva frontera

La combinación cristalina de Metano rodeada de agua de cristalización (que se conoce técnicamente como la familia de los Clatratos), sometida a altas presiones y bajas temperaturas, origina un sólido infusible denominado Hidrato de Metano que tiene la apariencia de hielo de agua, pero se inflama al acercársele a una llama, y al mismo tiempo funde licuándose en forma de agua. El Hidrato de Metano fue descubierto hace tan sólo unas décadas, en los sedimentos marinos sujetos a muy altas presiones (presión atmosférica más la presión de la columna de agua) y muy bajas temperaturas (por estratificación térmica de la columna de agua), y muy poca investigación se ha realizado hasta la fecha sobre esta sorprendente estructura cristalina.

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El Hidrato de Metano se encuentra en forma abundante en la naturaleza, tanto en las regiones árticas como en los sedimentos marinos. Es estable a profundidades mayores a los 300 metros, y en los lugares donde se forma, crea una losa cementada con los sedimentos en una capa superficial de varios cientos de metros de grosor. La cantidad global de carbono contenido en el Hidrato de Metano se ha estimado en forma conservadora como dos veces la cantidad de carbono que se encuentra en todos los combustibles fósiles del planeta. Este estimado fue realizado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) junto con otros estudios realizados en la Antártica, por los que se ha determinado que existen depósitos comercialmente aprovechables. De acuerdo a los mapas de ubicación generados recientemente, se ha calculado que un par de áreas pequeñas, cada una del tamaño del estado de Rhode Island, muestra una intensa concentración de Hidrato, y estiman que contiene 1300 billones1 de pies cúbicos de gas Metano, una cantidad que representa más de 70 veces el consumo de gas natural de los Estados Unidos en 1989. Las enormes cantidades de volumen de gas y lo rico de sus depósitos pueden hacer del Hidrato de Metano un candidato fuerte para desarrollarlo como recurso energético. Por razones de que el Metano está contenido en una estructura cristalina, sus moléculas están más densamente empacadas que en cualquier otra forma convencional o no de almacenamiento. Los estratos cementados con Hidrato de Metano también actúan como sellos para evitar la fuga de gas en forma libre. Estas trampas naturales ofrecen recursos potenciales para la explotación así como riesgos considerables para su extracción si no se comprende bien su comportamiento físico y químico. La extracción de gas desde las trampas de hidrato selladas puede significar un proceso sencillo de explotación, ya que la reducción de la presión causada por el producto extraído puede iniciar la ruptura de hidratos para recargar la trampa nuevamente. Debido a que el Metano es 20 veces más efectivo que el Dióxido de Carbono en su efecto de calentamiento del clima, y que el Metano enlazado en el hidrato representa una cantidad 3000 veces mayor que la presente en la atmósfera, es necesario realizar un estudio adecuado de su aprovechamiento para evitar que esta fuente pueda causar emisiones a la atmósfera que incrementen 1

Según el texto original “…1,300 Trillions…” que de acuerdo con la concepción anglosajona de 1 trillón = 10 12 , equivale al billón latino.

considerablemente el calentamiento global y el cambio climático. 9.

Uso comercial versus Emisión Atmosférica: La dimensión ambiental

Desde el punto de vista de la conservación global del medio ambiente, el Metano es un gas de invernadero que permanece en la atmósfera por aproximadamente 9 a 15 años. Es 20 veces más efectivo en atrapar el calor atmosférico que el Dióxido de Carbono, de acuerdo a lo observado desde hace 100 años, y se emite a la atmósfera en forma natural (pantanos, yacimientos), pero actualmente en mayor proporción, como consecuencia del desarrollo de la actividad humana (agricultura, uso del petróleo, rellenos sanitarios, tratamiento de aguas residuales, extracción de carbón). La denominación de gas de invernadero, proviene de la analogía que se hace entre el planeta y un invernadero para cultivo. El invernadero (lugar de cultivo mientras transcurre el invierno) es un sistema semi-cerrado en masa y cerrado en energía, que permite atrapar el calor y la radiación solares, que son escasos en la estación invernal. La estructura vítrea permite el ingreso de luz y el almacenamiento de calor, que se transmite por convección a todo el volumen de aire interior, para asegurar que los cultivos se desarrollarán a temperaturas óptimas. Durante los fríos inviernos ó para mantener las condiciones de la atmósfera interior en forma controlada, las temperaturas interiores del invernadero se mantienen frescas o temperizadas, debido a que el vidrio, al ser un mal conductor del calor, evita su convección al exterior. De igual forma sucede con el planeta. En ausencia de gases de invernadero, el calor y la radiación recibidos del sol tienden a convertirse finalmente en energía calorífica (remanente de cualquier conversión energética natural) que se transporta con los vientos a las capas atmosféricas exteriores donde, por interacción convectiva, se libera hacia el espacio exterior. La ausencia de un exceso de gases de invernadero es, por hoy, la condición natural de la composición atmosférica. Desde el desarrollo industrial del ser humano, en el que la alimentación y la energía proveniente de los combustibles fósiles se han hecho necesidades de supervivencia, las emisiones de Dióxido de Carbono y de Metano se han incrementado considerablemente (cultivo de arroz y combustión para la operación de motores, equipos y generación de energía eléctrica), aumentando las concentraciones de estos gases en la atmósfera. La característica principal de estas moléculas de Metano y Dióxido de Carbono, es la capacidad de almacenar energía calorífica en sus múltiples estados energéticos vibracionales y rotacionales (rango infrarrojo del espectro visible) y por lo tanto, a evitar su entrega convectiva hacia el espacio exterior. Como consecuencia, la atmósfera está cada vez mas caliente y dicho calor se traslada desde las capas atmosféricas exteriores hasta la biosfera, en todas las

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latitudes y altitudes del planeta, manifestándose como un incremento de temperatura, al igual que sucede dentro de un invernadero convencional, haciendo estos gases el papel

del nivel de los mares, los cuales podrán también calentarse y llevar termalizaciones hacia los extensos depósitos de hidratos de metano para convertirlos en más agua y más metano gaseoso, cuya excesiva acumulación en la atmósfera provocaría el desencadenamiento de un proceso irreversible de calefacción global por encima de las expectativas de supervivencia de cualquier especie biótica. Manifestaciones del desplazamiento del equilibrio térmico que ya empiezan a observarse en forma aguda y endémica (que en épocas pasadas eran fenómenos suaves y locales) constituyen los conocidos fenómenos del Niño y de la Niña, con sus implicaciones de orden económico y social.

Geodistribución del Metano

del cristal térmicamente no conductivo que retiene la energía calorífica en el planeta. El término “gases de invernadero” solamente indica que constituyen gases que producen un efecto similar al que se obtiene en estas áreas confinadas. La temperatura, que es la expresión del estado energético de un cuerpo, es un factor componente primordial del clima, ya que ésta determina la intensidad de los movimientos del aire, la cantidad de humedad y su saturación que asegura el desenvolvimiento normal del ciclo del agua, la presión atmosférica y otros factores climáticos particulares. Afectar el clima es poner en peligro comunidades biológicas que constituyen los diferentes hábitat que existen en la actualidad, luego de miles de años de evolución con variaciones poco significativas de su microclima. Romper en forma física, ese sensible equilibrio entre las condiciones biológicas y químicas con las condiciones externas, puede implicar la pérdida de comunidades y especies más susceptibles a dichos cambios. Los fenómenos biológicos son sumamente sensibles a los cambios de temperatura, a los cuales las especies se han adaptado para hacerlos óptimos de acuerdo a la cantidad de energía calorífica exterior. El propio biodigestor anaeróbico es un ejemplo de ello, ya que su operación óptima a 36.7 y a 54.4 ºC, puede ser deteriorada considerablemente con solamente dos grados de variación en su temperatura interna, debido a que los procesos se llevan a cabo mediante la acción de elementos bióticos. El calentamiento global tiene como primera consecuencia, la pérdida de la biodiversidad equilibrante del planeta y la afección directa de los ciclos del agua y de otros elementos relacionados con la atmósfera. La segunda consecuencia es el descongelamiento de las masas polares y de los cuerpos de agua congelados, que inevitablemente por la ley de la búsqueda de nivel de los líquidos, hará que el hombre pierda grandes porciones de tierra para su establecimiento o cultivo, debido al ascenso

La política actual de las organizaciones ambientalistas está dirigida fundamentalmente a la transformación del uso de energía por sustitución, con disposición de procesos más limpios y compatibles con la ecología local y global. Ello implica una extensa investigación en fuentes alternas de energía que no provoquen emisiones considerables de gases de invernadero (Dióxido de Carbono fundamentalmente) y la reducción del uso de aquéllas que inevitablemente los generen. Por otro lado, “...entre dos males, el menor...”, se sugiere el uso del Metano desde sus fuentes antropogénicas hasta ahora no controlables por el ser humano, aunque ello implique la producción de más Dióxido de Carbono, pero que puede demorar en un factor de 20, la aparición de efectos de cambio climático más agudos, mientras la investigación científica provee de otras soluciones. De igual forma, se estimula la conversión de CO2 en carbonatos o bicarbonatos sólidos que retienen el carbono lejos de la atmósfera exterior. El uso del Metano implica entonces la conservación de los yacimientos subterráneos y oceánicos, que pueden permanecer sin emitir gases de invernadero, así como su recuperación desde fuentes que inevitablemente seguirán generando biogás hasta ahora no aprovechable, tales como el que se genera en los arrozales, en las plantas de tratamiento de desechos sólidos y líquidos, en los excrementos de los mamíferos celulolíticos y superiores, y en los residuos agrícolas (en total un 78% de las fuentes actuales), con un tratamiento de emisiones del Dióxido de Carbono formado como consecuencia de su uso como combustible. 10. Transporte y distribución de Metano

Las demandas bajas de Metano que se pueden producir en las áreas rurales pueden ser satisfechas directamente desde el digestor de acuerdo a los fines para el cual esté destinado, mediante tuberías de los metales más comunes y los sistemas de seguridad neumática que requieren los gases combustibles, ya sea con o sin purificación previa del biogás. Las demandas intermedias que requieran puntos de distribución considerablemente lejanos al sitio de producción y procesamiento, pueden requerir el almacenamiento gaseoso en cilindros de alta presión y la distribución



envasada, o bien la licuefacción criogénica (alta presión y baja temperatura para licuar) para el transporte en pipas criogénicas a estaciones de llenado ó directamente al usuario. Las altas demandas de las ciudades, implican una logística completamente diferente, fundamentada en la distribución mediante tubería, en forma análoga al suministro de agua potable, tal y como se realiza en Europa y los Estados Unidos, ya que los costos de capital en el envasado superan considerablemente los costos de distribución en red. Un reto adicional de la industria energética lo constituye el transporte y distribución del Gas Natural como hidrato congelado. El estudio de factibilidad realizado por Gudmundsson, Hveding & Børrehaug (1995) para las operaciones de Snøhvit en Noruega, aporta las siguientes conclusiones: 





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El transporte de gas natural a presión atmosférica en forma de hidrato es técnica y económicamente factible si el hidrato se almacena casi adiabáticamente por debajo del punto de congelación del agua, a –15 ºC. Estudios experimentales independientes en Noruega, Canadá y Rusia han demostrado que los Hidratos de Metano son estables por largos períodos de tiempo (hasta 2 años) cuando se les almacena congelados (entre –15 y –5 ºC) a presión atmosférica. Los costos totales de capital de la producción y fusión del hidrato constituyen una cuarta parte menos de los equivalentes al proceso de licuefacción-regasificación. Para la misma capacidad de transporte de gas natural, los costos de capital del embarque de hidrato constituyen también un cuarto menos de los costos estimados para los barcos de gas natural licuado. La Tecnología asociada al transporte y comercialización del hidrato es inherentemente mucho más segura que la asociada al gas natural licuado. La comparación de los costos de capital par la red de gas licuado y la red de hidrato, asumiendo 4 mil millones de metros cúbicos estándar por año y una distancia de transporte de 5500 Km, se consolida en el siguiente cuadro: (las cantidades indican millones de dólares de Estados Unidos y su % entre paréntesis) Renglón Producción Transporte Regasificación Total

Gas Natural Licuado 1489 (56%) 750 (28%) 438 (16%) 2677 (100%)

Hidrato de Gas Natural 955 (48%) 560 (28%) 478 (24%) 1995 (100%)


S A I F A R G O N O M . A . S , A L A M E T A U G E D E R I A L E D S O T C U D O R P

3 1 A N I G A P – O N A T E M

1 O X E N A


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Metano Monografía

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