Combustibles fósiles y energía nuclear: carbón, petróleo, gas natural y su impacto ambiental

Carbón

Carbón: se forman en zonas llanas de antiguos continentes donde se desarrollaron turberas o pantanos con abundante vida vegetal. El enterramiento de los restos orgánicos acumulados en un ambiente saturado de agua, la lenta transformación anaerobia y la compactación debidas a la presión y temperatura por causa del enterramiento, dieron origen al carbón, transformándose la celulosa y la lignina en carbono. El CO2 y el CH4 se acumulan en las fisuras de la roca y durante las labores de extracción producen peligrosas acumulaciones en galerías mineras. Los yacimientos de carbón se encuentran dispersos por el hemisferio norte, los más abundantes proceden de los periodos carbonífero y pérmico del paleozoico.

Tipos de carbón y características

Tipos de carbón y características: según las presiones y temperaturas que los han formado distinguimos distintos tipos de carbón. Cuanto más altas son las presiones y temperaturas, se origina un carbón más compacto y rico en carbono y mayor poder calorífico, aumentando su color oscuro y brillo.

• Turba: poco rica en carbono (45-55%), muy mal combustible.
• Lignito: (70% C) mal combustible, se usa en algunas centrales térmicas.
• Hulla: muy rica en carbono (80-90%), tiene alto poder calorífico, por lo que se usa mucho. Contiene elevadas cantidades de azufre, que son fuente de contaminación del aire.
• Antracita: el más duro de los carbones (90-95%), poco contaminante y alto poder calorífico, color negro brillante.

Impacto ambiental de la explotación del carbón

Impacto ambiental de explotación del carbón: la minería del carbón y su combustión causan importantes problemas ambientales y tienen consecuencias negativas para la salud humana. Las explotaciones mineras a cielo abierto tienen gran impacto visual y los líquidos que de ellas se desprenden suelen ser muy contaminantes. En países desarrollados, las compañías mineras están obligadas a dejar el paisaje restituido cuando han terminado el trabajo. Lo normal suele ser que, conforme van dejando una zona vacía al extraer el mineral, la rellenen y reforesten para que no queden a la vista los grandes agujeros, tierras removidas y acumulaciones de derrubios de ganga.

Es muy importante controlar y depurar el agua de lixiviación, el agua que después de empapar o recorrer las acumulaciones de mineral o derrubios sale de la zona de la mina y fluye hacia ríos o alrededores. Esta agua va cargada de minerales muy tóxicos, metales pesados y productos químicos usados en la minería, es muy contaminante por lo que debe ser controlada cuidadosamente.

En el proceso de uso del carbón se producen importantes daños ambientales porque al quemarlo se liberan grandes cantidades de gases responsables de efectos nocivos (lluvia ácida). El daño que la combustión del carbón causa es mucho mayor cuando se usa combustible de mala calidad, porque las impurezas que contiene se convierten en óxidos de azufre y gases tóxicos. Su combustión genera CO2 y SO2. Produce gran parte de la electricidad que consumimos. La aplicación de nuevas normativas sobre emisiones de CO2 y azufre han favorecido el desarrollo de nuevas tecnologías de trituración y lavado previo a su utilización, reduciendo las emisiones de azufre.

Petróleo

Petróleo

Origen y campo

Origen y campo: constituye el 38% del consumo energético mundial. Su origen se debe a la acumulación de materia orgánica en cuencas sedimentarias marinas deficitarias en oxígeno, formándose barro rico en materia orgánica que es la materia prima del petróleo. Tras la fermentación anaerobia de los restos orgánicos se forma el protopetróleo. La evolución posterior es una cocción provocada por la presión y temperatura debidas al enterramiento, transformándose la materia orgánica en hidrocarburos, y arenas y barros en roca sedimentaria llamada roca madre.

El petróleo una vez formado sufre un proceso de migración a través de fracturas o rocas porosas, porque por su baja densidad tiende a ascender a la superficie. En ocasiones se encuentra en su ascenso con una capa impermeable y allí se acumula. La roca almacén retiene el petróleo en una estructura llamada trampa de petróleo.

El petróleo se extrae en forma de crudo, cuya composición es una mezcla de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos. Para su utilización necesita un proceso de refinado. El refinado consiste en someter al petróleo a destilación fraccionada: se aumenta la temperatura, separando los distintos componentes según su punto de ebullición. Primero se separan los productos gaseosos, después los líquidos y al final quedan depositados los sólidos. Los productos obtenidos no son aptos por lo que son sometidos a posteriores tratamientos.

Impacto ambiental de la explotación del petróleo

Impacto ambiental explotación petróleo: la extracción del petróleo no está exenta de riesgos como escapes. El transporte del crudo constituye el más importante tráfico comercial internacional porque los yacimientos se encuentran lejos de las grandes zonas de consumo. Se realiza utilizando barcos petroleros y oleoductos, y estos pueden sufrir accidentes o escapes que contaminan. Los accidentes de petroleros son los responsables de las mareas negras, y en la limpieza ilegal del barco en alta mar se vierte mucha cantidad de petróleo.

Los inconvenientes de su utilización son los propios de las energías no renovables: se agotan rápido las reservas y son responsables del mayor aumento de CO2 y azufre en la atmósfera. En el mar, el petróleo en superficie impide el intercambio de oxígeno con el aire, impide la llegada de luz, provoca muerte de aves por hipotermia, y cuando el petróleo se va al fondo provoca muerte de organismos acuáticos del fondo del mar.

Gas natural

Gas natural: mismo origen que el petróleo pero más evolucionado porque se ha formado en condiciones de presión y temperaturas mayores. Formado por mezcla de gases (metano, hidrógeno, butano y propano), el metano es el gas más abundante. Se transporta mediante gasoductos o en barcos especiales (metaneros). Se utiliza como fuente de calor en cocinas, calefacciones domésticas y producción de electricidad.

Impacto ambiental de la explotación del gas natural

Impacto ambiental explotación gas natural: posee mayor poder calorífico que el carbón y petróleo, su contaminación atmosférica es mínima, no emite azufre y es el carburante fósil menos contaminante. Los gasoductos tienen bajo riesgo, pero en la extracción puede haber escape de metano, que es un gas con potente efecto invernadero.

Energía nuclear

Energía nuclear: es la energía procedente de las reacciones que se producen en o entre los núcleos de ciertos átomos en determinadas condiciones. Se produce por fisión (rotura de núcleos mayores en otros menores) o por fusión (se sintetizan núcleos mayores a partir de menores).

Energía nuclear por fisión

Energía nuclear fisión: dividir el núcleo de un elemento fisible mediante el bombardeo de neutrones, obteniéndose 2 elementos de menor tamaño, energía y liberación de neutrones. Si los neutrones liberados bombardean otros núcleos produciendo otras fisiones se produce una reacción en cadena sin control que provocaría una explosión atómica. Pero si se controla el bombardeo de neutrones de manera que solo 1 neutrón de los liberados colisione, se produce una liberación constante de energía, como pasa en las centrales nucleares cuyo objetivo es la producción de energía eléctrica.

Central nuclear

Central nuclear: el reactor es donde se produce la fisión, generando el calor. El generador de vapor es donde el calor producido por la fisión se usa para hacer hervir agua. La turbina produce electricidad al girar por el paso del vapor. El condensador es donde se enfría el vapor convirtiéndolo en agua líquida.

La reacción nuclear tiene lugar en el reactor, en el que están las agrupaciones de varillas de combustible intercaladas con unas decenas de barras de control hechas de un material que absorbe los neutrones. Acercando o alejando estas barras de control a las varillas de combustible se controla el ritmo de la fisión nuclear, ajustándolo a las necesidades de generación de electricidad. En centrales nucleares habituales hay un circuito primario de agua en contacto con el material radiactivo, en el que esta agua se calienta por la fisión del uranio. Este circuito forma un sistema cerrado en el que el agua circula bajo presión para que permanezca líquida, a pesar de que la temperatura que alcanza es de unos 293 ºC. Con el agua del circuito primario se calienta otro circuito de agua, el secundario, aquí el agua se transforma en vapor a presión que es conducido a la turbina. El giro de la turbina mueve a un generador que es el que produce la corriente eléctrica. El agua es enfriada en torres de enfriamiento con agua procedente de un río o del mar, que es el 3º circuito; el agua es devuelta más caliente al río o mar de la que se extrajo, alterando térmicamente el ecosistema.

Utilización de la fisión nuclear y limitaciones

Utilización fisión nuclear y limitaciones: la fisión nuclear se usa y genera radiactividad en la producción de energía eléctrica, la fabricación de armamento nuclear, propulsión de algunos submarinos, investigación y medicina. La cantidad de energía producida por kg de combustible en las centrales nucleares es mucho mayor que el resto de energías no renovables. Se producen residuos en su extracción, en el enriquecimiento del uranio para formar el combustible nuclear y en su utilización en la central nuclear: las barras de combustible, unos 3 o 4 años más tarde, su concentración de uranio 235 es muy baja como para mantener la reacción de fisión, se retiran las barras y se almacenan en una piscina. Cuando existen suficientes barras gastadas se pueden procesar extrayendo plutonio y obteniendo uranio enriquecido para reutilizarlas, ambos como combustible nuclear. El resto se almacena como residuos que duran más de años emitiendo radiactividad, lo que es el principal inconveniente de la utilización de la energía nuclear de fisión, porque no son fáciles de acumular en tantos residuos. A pesar del alto coste de su construcción, la vida media de una central nuclear es de 30-40 años.

Energía nuclear por fusión

Energía nuclear fusión: cuando 2 núcleos atómicos se unen para formar uno mayor se produce una reacción nuclear de fusión. Este tipo de reacciones se producen en el Sol y en el resto de estrellas emitiendo gigantescas cantidades de energía. Mucha gente apoya la energía nuclear porque ven en este proceso la solución al problema de la energía, el combustible que requiere es el hidrógeno, que es muy abundante. Es un proceso que produce escasa contaminación radiactiva. La principal dificultad es que estas reacciones son muy difíciles de controlar porque se necesitan temperaturas de decenas de millones de grados centígrados para inducir la fusión. A pesar de que se está investigando con mucho interés, no hay reactores de fusión trabajando en ningún sitio, debido a que no existe ningún material capaz de contener el plasma. Esta fuente de energía solo se ha podido usar con fines bélicos. Para poder contener el plasma se está investigando el llamado confinamiento magnético, que consiste en mantener el plasma en el interior de un potente campo magnético. En las estrellas la fusión se da entre una variedad de elementos químicos. La fusión nuclear es considerada la fuente de energía del futuro porque es muy abundante, los isótopos del hidrógeno no producen residuos peligrosos, no producen impactos sobre la atmósfera e hidrosfera, producen una cantidad enorme de energía y no tiene riesgos de accidentes porque no se puede descontrolar como pasa en la reacción en cadena de la fisión nuclear.

Soluciones a los problemas del uso de energías no renovables

Soluciones problemas uso energía no renovable: técnicas que disminuyan la contaminación (colocación de filtros en chimeneas, tratamiento previo del carbón para eliminar todo el azufre), el ahorro energético (concienciación y educación ciudadana sobre todo para el ahorro de electricidad) y la sustitución progresiva por fuentes de energía renovables.