Combustible fósil

Fuentes de energía primaria en el mundo en 2006

La Energy Information Administration estimó en 2006 que las principales fuentes primarias de energía en el mundo eran: el petróleo en un 35,9%, el carbón en un 27,4% y el gas natural en un 22,8%. Por lo tanto, con un 86%, los combustibles fósiles son la fuente de energía principal al mundo. Se pueden usar directamente o bien en centrales térmicas, para obtener electricidad. Algunos combustibles no fósiles utilizados en el mundo como energías primarias en 2006 son la energía hidroeléctrica (6,3%), considerada energía renovable, la energía nuclear (5,9%) y en menor grado las energías solar, eólica, geotérmica, etc. que solo suman un 1,0% de la producción mundial total.[8]

La tendencia actual parece de usarlas cada vez más, al menos mientras sea posible. Por ejemplo, en los diez años comprendidos entre 1996 y 2006 la producción mundial de combustibles fósiles aumentó una media del 26%, más que la nuclear (16%) y la hidroeléctrica (20%).[8]

Los combustibles fósiles se formaron por la descomposición anaeróbica de los restos de organismos que se depositaron al fondo del mar o de un lago en grandes cantidades bajo condiciones anóxicas, hace millones de años. Con el paso del tiempo, esta materia orgánica, mezclada con barro, se enterró bajo capas pesantes de sedimentos. Estas capas provocaron niveles altos de presión (unos cien millones de pascales) y temperatura (de centenares de grados Celsius)[9] e hicieron que la materia orgánica se alterara químicamente: primero a un material ceroso llamado queroseno, cuando la temperatura era de unos 50 °C; después, a unos 100 °C, en petróleo; y finalmente, con 120 °C - 150 °C, se formó el gas natural.[10]

El carbón se formó a partir de plantas (mayoritariamente árboles) terrestres que vivían en zonas pantanosas o junto al mar, que quedaron enterradas bajo capas de sedimentos. Esta materia orgánica era rica en oxígeno, hidrógeno y carbono.[11] La mayoría de los yacimientos de carbón datan del Carbonífero.

Los combustibles fósiles requirieron de una enorme cantidad de materia orgánica y de tiempo para generarse, así como las altísimas presiones ya mencionadas. Por ejemplo:

• Un litro de gasolina normal es el resultado acumulado de unas 23,5 toneladas de material orgánico antiguo depositado al fondo del océano.[12]
• El combustible fósil total consumido el año 1997 era el equivalente de toda la materia vegetal que creció en la superficie de la Tierra y en todos los océanos a lo largo de 422 años.[12]

Los combustibles fósiles son cuatro: petróleo, carbón, gas natural y gas licuado del petróleo. Se han formado a partir de la acumulación de grandes cantidades de restos orgánicos provenientes de plantas y de animales. Sus restos se acumularon en depresiones como fondos marinos o lacustres, donde quedaron fuera del alcance de los microorganismos descomponedores aerobios. Allí fueron cubiertos por capas de sedimento. La presión y la temperatura crecientes transforman progresivamente esos restos orgánicos en petróleo, carbón y gas, que pueden permanecer in situ o migrar a través de las rocas, separarse, acumularse o incluso escapar a la atmósfera. Los combustibles fósiles son recursos no renovables ya que al contrario que otros recursos de origen biológico, como la leña, el carbón vegetal, el biodiésel, no se pueden reponer a corto plazo. La quema de grandes cantidades de reservas de combustibles fósiles no es consistente con limitar el calentamiento global a dos grados centígrados.

Petróleo

Botella de petróleo

El petróleo es un líquido oleoso compuesto de carbono e hidrógeno en distintas proporciones. Se encuentra en profundidades que varían entre los 600 y los 5000 metros. Este recurso ha sido usado por el ser humano desde la Antigüedad: los egipcios usaban petróleo en la conservación de las momias, y los romanos, de combustible para el alumbrado.

El petróleo y sus derivados tienen múltiples y variadas aplicaciones. Además de ser un combustible de primer orden, también constituye una materia prima fundamental en la industria, pues a partir del petróleo se pueden elaborar fibras, caucho artificial, plásticos, jabones, asfalto, tintas de imprenta, caucho para la fabricación de neumáticos, nafta, gasolina y un sinnúmero de productos que abarcan casi todos campos de la industria.

Es un tipo de combustible fósil líquido y viscoso que proviene de materia orgánica acumulada durante millones de años.[13] Se cree que se formó hace unos cincuenta millones de años después de que el plancton quedara cubierto por diferentes materiales sedimentarios y a una cierta presión y temperatura y por la acción de microorganismos hasta formarse el petróleo. El que se obtiene directamente del yacimiento es el que se denomina petróleo crudo. Para poder utilizar la energía que aporta tiene que pasar por un proceso de transformación, llamado refinamiento.

El refinado del petróleo tiene lugar en las plantas petroquímicas, también llamadas refinerías. Antes que nada hay que limpiar el petróleo crudo antes de que sea conducido a las unidades de fraccionamiento. Una vez limpiado de los restos de agua y arena empieza el proceso de destilación fraccionada a dos columnas de fraccionamiento, una a presión atmosférica y otra al vacío, que pueden llegar a medir cincuenta metros de altura. El crudo se calienta a unos 320 °C - 340 °C y se convierte en gas, este va subiendo por la columna a medida que los diferentes componentes llegan a su punto de ebullición y según van subiendo se van enfriando y condensando a diferentes niveles (platillos).

Una vez condensados se van recogiendo, por orden, los siguientes productos: butano y otros gases licuados del petróleo (GLP), gasolina, queroseno, gasóleo y subproductos utilizados para fabricar fuel, aceites lubricantes y alquitrán. Otros procesos típicos del petróleo son el cracking, para cortar las cadenas de hidrocarburos en otros más pequeñas y con el cual se produce el gas ciudad, por ejemplo; la polimerización, que, al contrario, transforma las cadenas cortas en largas, uniéndolas; el reforming, para modificar las características de las gasolinas; etc.

Carbón

El carbón se utiliza como combustible en las centrales termoeléctricas

El carbón es un mineral que se ha formado a partir de restos vegetales, de distinto origen según la época geológica en la que crecieron. Esos restos, sepultados por sedimentos y sometidos sucesivamente a condiciones de anoxia, y a la presión y temperatura crecientes, se transformaron en los diversos minerales, llamado macerales que forman los carbones. Aunque la mayoría de carbones explotables provienen de los restos de helechos arborescentes que crecían durante el Carbonífero o de las gimnospermas que crecieron durante el Cretácico, —que son los dos períodos geológicos con mayor cantidad de yacimientos—, se encuentran carbones en formaciones depositadas durante todos los períodos geológicos, a partir del Devónico.

La importancia del carbón radica en su capacidad calorífica, que permite su uso como combustible, y en la posibilidad de obtener de él materias primas para la industria carboquímica, que posteriormente pueden utilizarse en la elaboración de otros artículos. Las primeras máquinas de vapor usadas en barcos, trenes y maquinaria industrial se movieron gracias a la energía que suministraba a este material. Posteriormente fue desplazado por el petróleo, pero continúa siendo materia prima para obtener de él productos para la elaboración de plástico, colorantes, perfumes y aceites.

Los combustibles fósiles producen una buena parte de la electricidad que usamos para iluminación, climatización, refrigeración de alimentos y de computadoras, para aparatos eléctricos y electrónicos, etc.

Los combustibles fósiles permiten una obtención de energía muy concentrada que ha abierto el camino a los cambios tecnológicos que diferencian la vida cotidiana actual de la de antes de la Revolución Industrial. Hay que recordar que la electricidad es una energía obtenida por transformación a partir de energías primarias, y que la mayoría de estas, en porcentaje, en el mundo y en España, son combustibles fósiles.[14]

Los combustibles fósiles se utilizan en el cultivo y transporte de muchos alimentos.

Del mismo modo que la mayoría de motores de automóvil se han desarrollado a lo largo de un siglo solo a partir de Otto y del Diésel, dejando de banda el Wankel, por ejemplo; en general se han desarrollado pocas tecnologías que usen combustibles diferentes de los iniciales, es decir, no fósiles. A la producción de energía merecen un caso aparte las centrales nucleares, y recientemente el esfuerzo que se está haciendo en las energías renovables. Aun así, ninguno de estas energías se usan habitualmente de manera principal en los transportes, en la industria o de manera doméstica en los hogares. Por lo tanto, los combustibles fósiles son actualmente los más cómodos y que requieren menor inversión y menor riesgo económico.

Son además la fuente de electricidad, y de energía en general, más barata. Aunque los combustibles sean caros, la única fuente competitiva económicamente es la energía nuclear.[15] Un kWh de energía proveniente de combustibles fósiles costaba en 1995 en los Estados Unidos entre 0'001$ y 0'005$, mientras que uno de energía solar, por ejemplo, costaba 0'160$ y uno de eólica 0'115$.[16]

En la producción de combustibles fósiles se elaboran también numerosos productos de alto interés económico, útiles para la fabricación de medicamentos, plásticos, fertilizantes, pinturas, materiales de construcción, etc. El carbón y especialmente el petróleo son materias primas importantes para muchos productos químicos.

Uno de los principales inconvenientes es que se trata de productos que no pueden producir los humanos, que la naturaleza tarda millones de años a formar y que se ha agotado prácticamente. Queda muy poca cantidad y para cuando se vuelva a formar lo que se utilizado ya no existirán los humanos. Se trata pues de un grave problema de sostenibilidad.[14]

Otro gran problema es el impacto ambiental derivado de su uso. Por su composición, rica en carbono e hidrógeno, y su forma de uso, la combustión, o reacción química con el oxígeno del aire; utilizar combustibles fósiles comporta inherentemente la producción de óxidos de carbono. El monóxido de carbono (CO), que es tóxico, es abundante en casos de combustiones incompletas (malas combustiones, en poco aire), y el dióxido de carbono (CO₂) se forma masivamente en combustiones completas (normales, con suficiente aire).

Cambio climático

Las emisiones de gases de efecto invernadero producto de la quema de combustibles fósiles son la principal causa del cambio climático antropogénico.[3] Estas emisiones se generan tanto en la producción de los combustibles fósiles como en su uso final. Las fugas de gas y el quemado en antorcha son dos ejemplos de procesos que emiten metano.

Los combustibles fósiles son los principales causantes de la niebla fotoquímica

Los combustibles fósiles no están repartidos por igual en todo el mundo, y la dependencia de la sociedad occidental actual con esta hace que también los países que pertenecen dependan económicamente de las empresas productoras a países extranjeros. Es el caso de España, por ejemplo, que en la práctica que depende completamente de Argelia para el suministro de gas natural,[17] y otros países para el carbón y el petróleo.

Los países sin gas natural, en gris, son económicamente dependientes de los productores, en verde.

La sostenibilidad no hace referencia únicamente al medio ambiente, sino que da igual importancia al bienestar social y a la economía. Por lo tanto, un problema de sostenibilidad lo es también económico.

Los combustibles fósiles se encuentran repartidos de manera muy irregular en la corteza terrestre: ha habido zonas donde el carbón se recogía con las manos, en cestas, al lado de la playa; hay zonas y países pequeños con mucho más petróleo y gas natural del que utilizan; y hay grandes extensiones de territorios, que incluyen muchos países enteros, que no disponen de ningún tipo de estos combustibles. El 75% de las reservas de petróleo mundiales están en manos de tan solo nuevo países. Su comercio y transporte requiere grandes cantidades de energía pero sobre todo crea un grave conflicto de intereses que ha traído a unas cuántas guerras, explotación de personas y otras actividades no muy éticas.

Por otro lado, se trata de productos que no se pueden fabricar de manera viable, puesto que se necesitaría más energía para hacerlo de la que después darían al ser quemados. El hombre es pues un recolector de estos combustibles, pero no que puede producir. Su generación se deja en manos de la naturaleza, que necesita centenares de millones de años y unas circunstancias muy especiales para poderlo hacer. Aun así, el consumo de estos por parte de los humanos es mucho más rápido: el carbón se ha utilizado en cantidades relativamente pequeñas desde la Edad Media, en cantidades industriales a partir de la Revolución Industrial y ya era demasiado escaso porque su uso fuera económicamente rentable en el XX. El 1859 se excavó el primer pozo de petróleo, al inicio del XX se empezaron a fabricar los primeros automóviles con motor alimentado por combustibles fósiles y a partir de medios del mismo siglo la mayoría de familias de los países industrializados tenían uno. Se estima que el petróleo se agotará antes del fin del XXI. El gas natural, por su parte, aunque tampoco verá el siglo XXII parece que es en cantidades tales que sobrevivirá al petróleo, pero también es porque solo se usa masivamente hasta los años 60 del XX.

El desarrollo de los países del segundo y tercer mundo va asociado a una mayor demanda de estos productos. Esto también ocurre en los países desarrollados, sin tener en cuenta la sostenibilidad de sus tecnologías, que tendrían que estar encaminadas a crear y potenciar otras fuentes de energía alternativas antes de que no quede ninguna reserva de combustibles fósiles y que esto provoque una parada mundial del transporte, la industria y la economía tal como la conocemos ahora. Por ejemplo, la extracción de petróleo mundial está cayendo un 6,4% anual, y de aquí al 2030 hará falta 7 veces la producción de la Arabia Saudí para cubrir el crecimiento de la demanda. Sabemos que la solución a los problemas energéticos no vendrá de una sola fuente de energía ni tecnología, debido a la irregularidad de las fuentes de energía renovables, por eso hay que disponer de una buena combinación de fuentes de energía.[18]

Los diez países con más reservas de petróleo

Los niveles de las fuentes de energía primarias son las reservas que hay bajo tierra, sin tener en cuenta las ya extraídas y almacenadas, por ejemplo. Los niveles pueden aumentar si se descubren nuevos lugares donde hay un combustible fósil, a pesar de que cada vez es más difícil encontrar de nuevos. Los niveles incluyen la cantidad total, de la cual hay que restar la cantidad que no es técnicamente viable de extraer y, a pesar de que esto puede cambiar según la demanda y el aumento de precios, la que no es económicamente viable de extraer.

Los flujos son la producción, la cantidad que se extrae en un tiempo determinado. La parte más importante de las fuentes de energía primarias son las fuentes de energía basadas en el carbono. El petróleo, el carbón y el gas natural representan el 79,6% de la producción de energía primaria durante el 2002.

Niveles (reservas aseguradas) durante el 2005-2007:

• Petróleo: 1.119-1.317 millones de barriles (178.000-209.000 millones de m³)[19]
• Gas natural: 175-181 billones de m³,[8] 1.161 millones equivalentes en barriles de petróleo (BBOE)
• Carbón: 905.000 millones de toneladas,[20] 4.416 BBOE

Flujos (producción diaria) durante el 2006

• Petróleo: 84 millones de barriles por día (13 millones de m³)[21]
• Gas: 2,960 billones de m³,[22] 19 millones equivalentes en barriles de petróleo por día (MBOED)
• Carbón: 9.280 toneladas,[22] 29 MBOED

Años de producción restantes bajo tierra según las aproximaciones de reservas aseguradas más optimistas (Oil & Gas Journal, World Oil)

• Petróleo: 43 años
• Gas: 167 años
• Carbón: 417 años

Este cálculo asume que la producción se mantendrá a un nivel constante durante este número de años y que todas las reservas aseguradas se podrían recuperar. En realidad, el consumo de los tres recursos ha ido aumentando. Aunque esto sugiere que cada recurso se agotará más rápidamente, en realidad, la curva de producción es más similar a una curva de campana. En algún momento, la producción de cada recurso en una área, país o al mundo llegará a un valor máximo, después del cual la producción disminuirá hasta que llegue a un punto donde no sea factible económicamente o físicamente posible de producir. Las estimaciones de reservas aseguradas no incluyen reservas estratégicas, que tienen una cantidad global de 4.100 millones de barriles.

España consumió en 2000 126 Mtep de energía primaria, de los cuales el 84,8% provenía de combustibles fósiles. Casi la mitad del consumo de energía final fue para el transporte, seguido de la industria, el doméstico, los servicios y la agricultura. La tendencia de consumo es una ligera bajada del petróleo a cambio de un aumento del consumo de gas natural. En 2007 España importó el 85% de energía consumida. Se tendrá que competir internacionalmente por los recursos energéticos. Se estima que en 2030 el 90% del crecimiento de la demanda energética al mundo se hará con combustibles fósiles y que la Unión Europea aumentará las importaciones energéticas desde el 56% actual hasta el 65% en 2030. Hasta el año 2030 el incremento de consumo energético en Europa será del 12%, en los Estados Unidos del 25%, en China del 109%, en la India del 93% y en todo lo mundo del 53%.[23]

La Asociación por el Estudio del Pico del Petróleo y del Gas estimaba en 2004 que a partir de 2010 la producción mundial de petróleo iría disminuyendo

Según el principio de la oferta y demanda parece que a medida que las reservas de combustibles fósiles vayan disminuyendo, sus precios irán subiendo. A medida que los precios de estos combustibles sean más elevados, la ventaja comparativa a otras fuentes de energía, como por ejemplo las energías renovables, se irá haciendo más grande, hasta llegar un momento en qué sean económicamente más interesantes que los combustibles fósiles.

Así, por ejemplo, las gasolinas artificiales, que hoy no son rentables porque su producción es más cara que la de los combustibles derivados del petróleo, pueden acontecer económicamente viables en uno futuro próximo. También saldrán ganando las energías renovables, como la energía hidráulica, la eólica y la solar, y en algunos casos la geotérmica. Para la producción de electricidad, la que se encuentra en mejor posición, en términos estrictamente económicos, es la energía obtenida en centrales nucleares, que ya tiene un coste de un orden parecido a la obtenida en las centrales térmicas con hidrocarburos.[15][16]

• Impuesto sobre el carbono
• Biorremediación
• Pozo petrolífero
• Fracturación hidráulica
• Pico del carbón
• Pico del gas
• Industria petrolera
• Subvenciones en el sector energético
• Biofijación

• Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre combustibles fósiles.
• (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
• Animación sobre la formación del petróleo y el gas natural The University of Waikato, publicado en The Science Learning Hub en 2008 (en inglés)