COMBUSTIBLES GASEOSOS Los tipos de gas utilizados como fuentes energéticas incluyen, además del gas natural, el denominado gas ciudad y los gases licuados del petróleo.
GAS NATURAL Se denomina gas natural al combustible fósil que se extrae directamente de los pozos naturales o yacimientos aislados, en ocasiones en yacimientos petrolíferos y otras veces en depósitos de carbón. Yacimientos de gas son aquellos en los cuales la mezcla de hidrocarburos se encuentra en fase gaseosa en el subsuelo. El petróleo se localiza en yacimientos petrolíferos de profundidad variable, se lo encuent encuentra ra impreg impregnan nando do rocas rocas porosa porosas s o entre entre los espaci espacios os de rocas rocas fisuradas y debajo de rocas impermeables que salga a la superficie. Es típico que debajo del petróleo haya una capa de agua salada y, encima de él, una capa de hidrocarburos gaseosos a presión, generalmente metano. Dura Durant nte e la refi refina naci ción ón del petró etróle leo, o, en la fase fase de frac fracci cion onam amie ient nto o (consistente en una o varias destilaciones que separan del petróleo diversos componentes según su volatilidad); de mayor a menor volatilidad se extraen gases gases licuad licuados os (prop (propano ano y butano butano), ), gasoli gasolina na ligera ligera,, nafta, nafta, etc., etc., consti constituy tuye e también un método de obtención de combustibles gaseosos. A menudo, la denominación gas natural también engloba el gas que se obti obtiene ene de la dest destil ilac ació ión n seca seca de la hulla hulla o del del crac cracki king ng y refo reform rmin ing g del del petróleo. El gas natural natural se utiliz utiliza a como como combu combusti stible ble y como como materi materia a prima prima en muchas industrias de síntesis. Se trasporta a grandes presiones a través de gase gaseod oduc ucto tos s o licu licuad ado o a -150 -150 °C en barc barcos os deno denomi mina nado dos s vulg vulgar arme ment nte e metaneros. Antes de su utilización, el gas natural de los yacimientos ha de ser sometido sometido a procesos procesos de secado, secado, consistente consistente en la eliminación eliminación del vapor vapor de agua, lavado con sosa o aminas para eliminar el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono y separación del etano, propano, butano y componentes superiores para obtener un elevado contenido de metano. Una carac caracter teríst ística ica import important ante e del gas natura natural, l, es que su densid densidad ad es meno menorr que que la del del aire aire,, y por por lo tant tanto, o, una fuga al aire aire libr libre e no prod produc uce e acumulación de este gas, a diferencia de hidrocarburos como el butano, que se acumulan sobre el suelo, al ser más densos que el aire.
Reacción de combustión del metano metano + oxígeno
dióxido de carbono + agua + energía
CH4 + 2 O2
CO2 + 2 H2O + 890 kJ/mol
Ventajas del gas natural: -
El coste de instalación de esta energía queda rápidamente amortizado por el ahorro que ofrece este sistema.
-
Su combustión es más limpia
-
Se caracteriza por ser un combustible cómodo porque el usuario no debe preocuparse ni de su almacenamiento ni de su distribución.
Desventajas del gas natural: -
No renovable
-
Libera CH4
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Numerosos condicionantes de maniobrabilidad
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Peligrosidad del combustible
Impacto Ambiental (Durante su combustión) -
Produce menos CO2 que el petróleo o el carbón
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No origina partículas sólidas ni cenizas.
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Prácticamente no genera SO2
Producción del gas natural en el mundo
GAS LICUADO DE PETROLEO El gas licuado a presión (GLP) es la mezcla de gases condensables presentes en el gas natural o disueltos en el petróleo. Hay dos tipos de gases que se pueden almacenar en forma líquida con una moderada presurización –el butano y el propano- . El isobutano, el cual tiene la misma fórmula química que el butano pero con una estructura química diferente, es también usado. Normalmente, el butano y el isobutano se mezclan con propano en varias proporciones, dependiendo el uso que se quiera dar al combustible.
Propano – Es particularmente útil como un combustible portable porque su punto de ebullición es de -42 grados centígrados. Esto significa que a temperaturas muy bajas, se vaporizará tan pronto como sea liberado del contenedor presurizado. El resultado es un combustible de quemado limpio que no requiere mucho equipamiento para vaporizarlo y mezclarlo con el aire. Reacción de combustión del propano: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
Butano – Su punto de ebullición es aproximadamente de -0.6 C, lo cual significa que no se vaporizará en temperaturas muy frías. Esta es la razón de que el butano tenga usuarios más limitados y se mezcle con el propano en lugar de usarse por sí mismo. Reacción de combustión del butano: C4 H 10+ 13/2 O2 ———> 4 CO2 + 5 H2O EL gas LP es un gas derivado de fósiles, como el gas natural o el petróleo. Se puede refinar de estos dos componentes de la misma manera que la gasolina. Mientras que la mayoría de las compañías no están enfocadas a es te tipo de combustible, no obstante los producen porque son un bioproducto en el proceso de refinamiento para otros combustibles. Cuando una compañía saca gas natural del suelo, un noventa por ciento es metano. El resto viene en forma de varios gases LP, los cuales la compañía separa del metano antes de que se use para los hogares. La cantidad de petróleo licuado que viene del gas natural varias, pero usualmente es del 1 al 3 por ciento. Los gases LP son separados del petróleo también, como ya se ha mencionado. El proceso de refinado produce un 3 por ciento de este tipo de gas, aunque dependiendo del método utilizado, puede aumentar considerablemente.
GAS DE ALUMBRADO
Con el nombre de gas de alumbrado, gas de hulla o gas de coque, y en algunos países gas ciudad, se designan a las mezclas de gases combustibles que arden con llama luminosa y que se forman por destilación seca de hulla o carbón de piedra, sin aire, a temperaturas de 1200 a 1300 °C. También pueden emplearse para obtenerlo otros materiales, como la madera. Esta tecnología fue empleada antes del desarrollo de la explotación y conducción del gas natural desde el yacimiento hasta los grandes consumidores. En 2006 se produce el SinteGas, (del inglés SynGas, synthesis & gas), para usos petroquímicos, desde el propio gas natural: CH4 + H2O → CO + 3 H2 Composición Tal como composición:
llega
al
usuario,
•
hidrógeno: 45,0 %
•
metano: 35 %
•
etileno: 4 %
•
monóxido de carbono: 8 %
•
dióxido de carbono: 2 %
•
nitrógeno: 5,5 %
•
oxígeno: 0,5%
tiene
aproximadamente
la
siguiente
Fabricación Para fabricarlo se destila la hulla en retortas de material refractario, a temperaturas de 1200 a 1300°C, sin contacto con el aire. Los productos volátiles, gases y vapores, pasan de las retortas a un colector, que contiene alquitrán y agua. En las retortas queda coque como residuo. En el colector, los gases y vapores destilados condensan agua y alquitrán. Después, aún impuros y calientes, pasan a otros condensadores, donde queda el resto de alquitrán y de amoníaco. En las fábricas modernas, después de separar de los gases la totalidad de alquitrán, se hacen pasar por lavadores (scrubbers), donde se elimina el sulfuro de hidrógeno y otras impurezas. Finalmente, se elimina con purificadores el total del sulfuro de hidrógeno y demás impurezas. El gas procedente de las fábricas se almacena en grandes depósitos cilíndricos llamados gasómetros, de donde, regulada su presión, pasa a las cañerías para el consumo.
Subproductos De la fabricación del gas de hulla se cuentan el alquitrán de hulla , el coque y el amoníaco. De una tonelada de carbón mineral se extraen: •
gas de alumbrado: 280 a 330 m³
•
alquitrán: 51 kg
•
amoníaco: 3 kg
•
coque: 520 kg
HIDROGENO (el combustible del futuro) La tecnología del hidrógeno puede ser una de las alternativas energéticas al petróleo que permita sortear los problemas ambientales que plantea el actual uso de combustibles fósiles, que es insostenible, pero sólo en el plazo de varias décadas, y a condición de que se invierta masivamente desde ahora. Históricamente y desde hace algo más de doscientos años, el manejo por parte del hombre de formas de energía de mayor densidad que la leña, como el carbón, luego el petróleo y ahora el gas natural han brindado junto a la tecnología de conversión del calor en trabajo mecánico y electricidad, aquellas otras tecnologías que facilitan y permiten acceder a superiores servicios de transporte, fuerza motriz, comunicaciones, confort en el hogar y perfeccionamiento del comercio. El conjunto de tecnologías especialmente desarrolladas en el siglo XX, ha elevado el nivel de consumo de energía per capita en la mayoría de los países. Ese parámetro se toma como sinónimo de bienestar. También, esa mayor cantidad de energía permite incrementar la producción de alimentos, considerando que el riego y los fertilizantes son en buena medida el resultado del dominio energético dentro del bagaje cultural evolutivo de la humanidad, hechos que han posibilitado el incremento vertiginoso de la población global. Toda esta bonanza que parecía orientada hacia un destino continuo y mejor, colapsa y resulta inconveniente para el interés común. Afortunadamente, el ingenio humano, impulsado muchas veces por la necesidad de encontrar alternativas, logrará en las fuentes renovables directas o derivadas del sol, como el viento, la hidráulica, la geotermia y la biomasa, el
recurso energético primario que le permita mantener el consumo per capita e incluir al tercio de población mundial, hoy todavía carente de servicios energéticos. Esto permitiría que el hombre no sea dependiente exclusivo de la tracción a sangre o la leña, cuando se tiene, empleada directamente como fuente de calor. Así, aparece el hidrógeno, elemento en estado gaseoso en condiciones ambientales normales, pero que es factible de almacenamiento, transporte y distribución, lo que permite su aplicación a cualquier segmento de la demanda. El hidrógeno fue descubierto por el científico británico Henry Cavendish, en 1776, quién informó de un experimento en el que había obtenido agua a partir de la combinación de oxígeno e hidrógeno, con la ayuda de una chispa eléctrica. Como esto elementos, no eran conocidos, los denomino “aire sustentador de la vida” y “aire inflamable” respectivamente. El químico francés Antoine Lauren Lavoisier consiguió repetir con éxito el experimento en 1785 y dio el nombre de oxígeno al “aire sustentador de la vida” y el de hidrógeno al “aire inflamable”. El hidrógeno es el elemento más ligero, más básico y más ubicuo del universo. Cuando se utiliza como fuente de energía, se convierte en el combustible eterno. Nunca se termina y, como no contiene un solo átomo de carbono, no emite dióxido de carbono. El hidrógeno se encuentra repartido por todo el planeta: en el agua, en los combustibles fósiles y en los seres vivos. Sin embargo, raramente aparece en estado libre en la naturaleza, sino que tiene que ser extraído de fuentes naturales. El hidrógeno es un elemento químico que contiene energía y que puede ser almacenado en forma líquida o gaseosa. Es 14 veces más ligero que el aire, incoloro, inodoro y no tóxico, ya que su único producto luego de la combustión es agua. El hidrógeno no es fuente primaria de energía, no es un combustible que podamos extraer directamente de la tierra como el gas natural. La fuente más común de hidrógeno es el agua. Se obtiene por la descomposición química del agua en oxígeno e hidrógeno partir de la acción de una corriente eléctrica (electrólisis) generada por fuentes de energía renovable (solar fotovoltaica, eólica, etc.). Este proceso divide el agua, produciendo oxígeno puro e hidrógeno. El hidrógeno obtenido puede ser comprimido y almacenado en celdas por varios meses hasta que se lo necesite. El hidrógeno representa energía almacenada, se puede quemar como cualquier combustible para producir calor, impulsar un motor, o producir electricidad en una turbina.
¿Qué pasaría si todos los vehículos obtuvieran de repente su energía a partir de células de combustible basadas en el hidrógeno? Distintos estudios sostienen que tal conversión mejoraría la calidad del aire, la salud humana y el clima, sobre todo si se utilizara el viento en la
generación de la electricidad necesaria para extraer el hidrógeno del agua en un proceso sin contaminación. De forma semejante a cómo se bombea el gas en tanques, el hidrógeno se bombearía en células de combustible que se basan en procesos químicos y no en la combustión, para impulsar los vehículos. Cuando el hidrógeno fluye a través de los compartimientos de la célula de combustible, reacciona con el oxígeno para producir agua y energía.
Tal conversión podría evitar anualmente millones de casos enfermedades respiratorias y decenas de miles de casos de hospitalización.
de
La conversión de todos los vehículos actuales en vehículos alimentados por células de combustible recargadas por el viento, podría hacerse a un costo de combustible comparable con el de la gasolina, e incluso menor si se consideran los efectos de la gasolina sobre la salud.
Las ventajas de utilizar el hidrógeno como energía son: - No produce contaminación ni consume recursos naturales: El hidrógeno se toma del agua y luego se oxida y se devuelve al agua. No hay
productos secundarios ni tóxicos de ningún tipo que puedan producirse en este proceso. - Es muy seguro: Los sistemas de hidrógeno tienen una historia de seguridad muy impresionante. En muchos casos, el hidrógeno es más seguro que el combustible que está siendo reemplazado. Además de disiparse rápidamente en la atmósfera si se fuga, el hidrógeno, en contraste con los otros combustibles, no es tóxico en absoluto. - Tiene alta eficiencia: Las celdas de combustible convierten la energía química directamente a electricidad con mayor eficiencia que ningún otro sistema de energía. - Tiene un funcionamiento silencioso: En funcionamiento normal, la celda de combustible es casi absolutamente silenciosa. - Larga vida y poco mantenimiento: Aunque las celdas de combustible todavía no han comprobado la extensión de su vida útil, probablamente tendrán una vida significativamente más larga que las máquinas que reemplacen. - Permite la modularidad: Se puede elaborar las celdas de combustible en cualquier tamaño, tan pequeñas como para impulsar una carretilla de golf o tan grandes como para generar energía para una comunidad entera. Esta modularidad permite aumentar la energía de los sistemas según los crecimientos de la demanda energética, reduciendo drásticamente los costos iniciales. Lo novedoso de esta tecnología es que la producción de hidrógeno es realizada a partir de fuentes de energías renovables. La economía del hidrógeno posibilita una enorme redistribución del poder, con consecuencias trascendentales para la sociedad. El hidrógeno tiene el potencial de poner fin a la dependencia que el mundo tiene del petróleo importado y de ayudar a eliminar el peligroso juego geopolítico que se está dando entre los países musulmanes y los países occidentales. Reducirá drásticamente las emisiones de dióxido de carbono y mitigará los efectos del calentamiento global. Y dado que es tan abundante y existe en todas partes del mundo, todos los seres humanos dispondrán de energía.
