El 30 de mayo de 2018, la compañía eléctrica Net Power, en Estados Unidos, logró operar la primera estación termoeléctrica de gas sin emisiones de carbono en su planta experimental de La Porte, en Texas. El coste del funcionamiento de esta central es similar al de las centrales eléctricas estándar de gas.

La mayoría de las centrales de carbón y gas natural queman combustibles fósiles para convertir agua en vapor, el cual hace girar una turbina que genera electricidad. El exceso de calor y los gases de efecto invernadero se liberan como subproductos del proceso.

Huella de carbono

La primera central termoeléctrica fue construida por Sigmund Schuckert en la ciudad de Ettal en Baviera y entró en funcionamiento en 1879. Las primeras centrales comerciales fueron la Central de Pearl Street en Nueva York y la Edison Electric Light Station, en Londres, que entraron en funcionamiento en 1882.

Probablemente el mundo de la energía seguirá estancado en el gas natural como una de las principales fuentes de electricidad. Obtenerlo resulta fácil y barato; por eso, actualmente representa el 22% de la electricidad mundial. Pero aunque sea menos contaminante que el carbón, sigue siendo una fuente masiva de emisiones de CO2.

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Una central termoeléctrica es una instalación empleada en la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada por combustibles fósiles como petróleo, gas natural, carbón, madera y núcleos de uranio. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica, en el caso de usar combustibles fósiles, liberando dióxido de carbono a la atmósfera. Pero este no es el caso de esta central termoeléctrica.

El sistema funciona impulsando una turbina con un bucle de CO2 caliente a presión. El CO2 se calienta por la combustión de una mezcla de gas natural y oxígeno (extraído de la atmósfera en unas instalaciones independientes), y el CO2 adicional que genera la combustión del gas se vacía con un sifón para mantener el equilibrio del sistema.

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Este exceso de CO2 no se lanza a la atmósfera, sino que se almacena y se procesa. A lo largo de todo el proceso se pueden extraer distintas cantidades de de subproductos, listos para venderse y enviarse por gasoductos, muy en particular dióxido de carbono incluido.

Eventualmente, Net Power espera producir electricidad por alrededor de 35 euros por megavatio hora, un coste similar al del ciclo combinado de gas natural sin captura de carbono. Pero, además de eso, la empresa también puede vender varios subproductos al mercado, incluido dióxido de carbono. Si todo esto se suma, podrían rebajar los costes de producción de energía hasta los 17 euros por megavatio-hora (en teoría podrían llegar hasta los 7,5 euros por megavatio-hora).

La fracturación hidráulica (también conocida por el término en inglés fracking) es una técnica para posibilitar o aumentar la extracción de gas y petróleo del subsuelo. Sus oponentes, en cambio, señalan el impacto medioambiental de esta técnica, que en su opinión incluye la contaminación de acuíferos, elevado consumo de agua, contaminación de la atmósfera, contaminación sonora, migración de los gases, etc.

Sin embargo, parece que esta técnica es menos peligrosa que la original propuesta: usar explosiones atómicas.

Proyecto Rulison

El Proyecto Rulison, en 1974, tenía como propósito averiguar si una bomba de fusión podría liberar gas natural, y cuyos resultados eran ciertamente prometedores, tal y como explican Kelly y Zach Weinersmith en su libro Un ascensor al espacio:

Cuando se tiene una bomba dos veces más potente que la que se lanzó sobre Nagasaki, se puede acceder a mucho gas natural. Los niveles posteriores de radiación en la zona fueron sorprendenemente bajos, apenas un 1 por ciento superiores a los registrados con anterioridad. Se tratataba de un resultado con un potencial inmenso, que además reavivaba las esperanzas de poder fabricar bombas relativamente "limpias" con fines pacíficos.

Los obstáculos técnicos sumados a las protestas de los incipientes movimientos medioambientales dieron al traste con los proyectos para obtener gas natural un poco más radiactivo que la media de explosiones de fusión.

Además, en lo que quizá sea una de las mayores ironías de la historia, la invención de la fracturación hidráulica (fracking) a mediados de siglo minó la idea de emplear energía atómica para liberar gas natural. (...) Para más inri, el creciento gasto destinado a la guerra de Vietnam hizo que menguase el presupuesto disponible para realizar pruebas nucleares (lúdicas o comerciales). Vamos, que si nos hemos salvado de un mundo más radiactivo es gracias a... el fracking y la guerra de Vietnam.

Durante los últimos años vivimos inmersos en un proceso de transformación hacia otras fuentes de energía sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. El objetivo es buscar nuevos métodos que frenen el calentamiento global. Sin embargo, no todas estas energías alternativas proporcionan una solución eficiente ante el cambio climático. Es el caso de utilizar gas natural en vez del actual uso de carbón.

La combustión de carbón libera más dióxido de carbono que otros combustibles fósiles, así como níveles relativamente altos de otros contaminantes como dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y ceniza. Dado que el gas natural emite bajos niveles de estos contaminantes, algunos expertos en energía han propuesto una mayor dependencia de esta fuente como una forma de frenar el calentamiento global.

Sin embargo, aunque la combustión de gas natural emite mucho menos dióxido de carbono que el carbón, un nuevo estudio publicado en la revista Climatic Change Letters concluye que, erradicar el uso de este combustible a favor de una mayor dependencia del gas natural no implica una reducción de forma significativa en el cambio climático.

A pesar de que el uso de carbón, incrementa el calentamiento global a través de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, éste también libera cantidades relativamente grandes de sulfato y otras partículas que, aunque son perjudiciales para el medio ambiente, ayudan a enfriar el planeta mediante el bloqueo de la luz solar.

Además, este cálculo de si interesa utilizar un método u otro se complica aún más por la incertidumbre existente en la cantidad de metano que se escapa a la atmósfera en las operaciones de gas natural. Hay que recordar que el metano es un gas de efecto invernadero especialmente potente.

Tom Wigley es un investigador del National Center for Atmospheric Research (NCAR), y ha realizado una serie de simulaciones para calcular el efecto que tendría sustituir el uso de carbón por gas natural. Sus resultados indican que, en el caso de evitar las emisiones de metano asociadas al uso del gas, sólo conseguiriamos un enfriamiento global de unas pocas de décimas de grado y en un plazo de unos 50 años como mínimo.

En concreto, Wigley descubrió que una reducción del 50% en el uso de carbón y a favor de gas natural, llevaría a un aumento de 0.1 grados Fahrenheit en la temperatura global durante los próximos 40 años. A partir de entonces, es cuando se notaría una leve dismunición de ésta. Tal y como afirma Wigley:

Utilizar más gas natural ayudaría a reducir las emisiones de dióxido de carbono, pero ayudaría muy poco a resolver el problema del clima. Pasarían muchas décadas antes de poder frenar el calentamiento global. Incluso entonces, sólo estaríamos consiguiendo una pequeña diferencia de temperatura.

Vía | Wigley T. (2011) Coal to Gas: The Influence of Methane Leakage. Springer Links

La tecnología derivada del proceso Fischer-Tropsch elimina los obstáculos principales para el comercio de gas natural: su baja densidad de energía y el resultado de los altos costos de transporte resultantes.

La disponibilidad comercial de Fischer-Tropsch- Diesel de alto número de cetano y de baja contaminación ambiental encuentra hoy en día un perfecto ambiente de mercado. Eso va a asegurar una buena posición para el gas natural en los mercados. En los países desarrollados permite aumentar los futuros suministros de hidrocarbono líquido en vista del eventual aumento de costo del petróleo crudo. De este modo se dispondrá de una alternativa ante el dominio de los futuros suministros de energía de la OPEC.

El proceso consiste en hacer interactuar el gas natural en una reacción química de la que se obtiene un gas derivado de CO y H2. A partir de ahí, empleando el proceso Fischer-Tropsch se añade agua a la reacción anterior de tal forma que se forma cadenas de moléculas de parafina y olefina mediante un proceso de crecimiento en cadena. Esto es importante por el hecho de que la Gasolina se forma con moléculas de parfinica con una decena de átomos de carbono y el Diesel con moléculas de parfinica con una veintena de átomos de carbono.

Para convertir el gas natural en líquido, se enfría el gas tratado hasta aproximadamente -161 °C, que es la temperatura a la cual el metano —su componente principal— se convierte a forma líquida. El proceso de licuefacción es similar al de refrigeración común: se reduce la presión de los gases refrigerantes produciendo líquidos fríos, tales como propano, etano / etileno, metano, nitrógeno o mezclas de ellos, que luego se evaporan a medida que intercambian calor con la corriente de gas natural.

De este modo, el gas natural se enfría hasta el punto en que se convierte en líquido. Una vez que el gas ha sido licuado se somete a un proceso de Joule Thompson o expansión con extracción de trabajo para poderlo almacenar a presión atmosférica. El GNL producido se almacena en tanques especiales para ser luego transferido a buques tanques especiales de transporte.

Económicamente se manifiesta debido a que el gas natural se transporta generalmente utilizando gasoductos pero, para grandes distancias es más rentable usar buques. Para transportarlo así es necesario licuarlo, dado que a la temperatura ambiente y a la presión atmosférica ocupa un volumen considerable.

El proceso de licuefacción reduce el volumen del gas natural 600 veces con respecto a su volumen original. Aproximadamente la mitad de las reservas de hidrocarburos conocidas hoy son yacimientos de gas natural. Con frecuencia se encuentran ubicadas en regiones con poca demanda de gas. Sin embargo, al licuarlo puede transportarse con total seguridad hasta su mercado de destino de manera similar al petróleo crudo.

Vía | Nueva Fuente de Combustibles Limpios Más Información | Gas Natural Licuado Más Información | Conversión de Gas Natural a Licuado Genciencia | El Gas Natural a Escena Genciencia | Ciclo de Hidrocarburos

El Gas Licuado de Petróleo es una mezcla de hidrocarburos gaseosos a temperatura y presión ambiental, mantenida en estado líquido por aumento de presión y/o descenso de temperatura, compuesto principalmente por propano, pudiendo contener otros hidrocarburos en proporciones menores.

El gas natural extraído de los yacimientos es un producto incoloro e inodoro, no tóxico y más ligero que el aire. Procede de la descomposición de los sedimentos de materia orgánica atrapada entre estratos rocosos y es una mezcla de hidrocarburos ligeros en la que el metano (CH4) se encuentra en grandes proporciones, acompañado de otros hidrocarburos y gases cuya concentración depende de la localización del yacimiento.

El Gas Natural es el combustible más limpio de origen fósil, contribuye en la lucha contra la contaminación atmosférica, y es una alternativa energética que destacará en las próximas décadas por su creciente participación en los mercados mundiales de la energía.

La explotación a gran escala de esta fuente energética natural cobró especial relevancia tras los importantes hallazgos registrados en distintos lugares del mundo a partir de los años cincuenta. Gracias a los avances tecnológicos desarrollados, sus procesos de producción, transporte, distribución y utilización no presentan riesgos ni causan impacto ambiental considerable con respecto a otros hidrocarburos.

En el medio plazo, la atención se centrará en el ámbito de vehículos y motores específicamente diseñados para usar Gas Natural. Esto permitirá el uso de motores de alta compresión, aprovechando el mayor índice de octano de este combustible que supera en un 30% a la nafta de mayor calidad, con lo que se logrará mayor potencia que el correspondiente vehículo naftero. Estos motores serán prácticamente inofensivos para nuestro medio ambiente, reduciendo las emisiones de los gases responsables del llamado "efecto invernadero", hasta en un 40%.

Los combustibles causan contaminación tanto al usarlos como al producirlos y transportarlos. Uno de los problemas más estudiados en la actualidad es el que surge de la inmensa cantidad de CO2 que estamos emitiendo a la atmósfera al quemar los combustibles fósiles. Los gases derivados de los hidrocarburos aporta un gran porcentaje del efecto invernadero y ello conlleva un calentamiento global de todo el planeta con cambios en el clima que podrían ser catastróficos.

Otro impacto negativo asociado a la quema de petróleo y gas natural es la lluvia ácida, en este caso no tanto por la producción de óxidos de azufre, como en el caso del carbón, sino sobre todo por la producción de óxidos de nitrógeno. Los daños derivados de la producción y el transporte se producen sobre todo por los vertidos de petróleo, accidentales o no, y por el trabajo en las refinerías.

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Este es el tercer post de una serie de entradas en relación a los hidrocarburos y fuentes de energía derivadas. Hemos tratado el tema del cambio climático y las causas del calentamiento global sin deternemos a pensar porque los hidrocarburos son dañinos a nuestro entorno. ¿Qué nos debe preocupar de los hidrocarburos?

El aprovechamiento del petróleo y del gas natural, recursos minerales procedentes de la generación y acumulación natural de hidrocarburos, requiere previamente una fase exploratoria para la localización de posibles yacimientos de hidrocarburos (sustancias minerales compuestas por combinaciones de carbono e hidrógeno junto a pequeños porcentajes de otros minerales).

La existencia en la naturaleza de estos yacimientos de hidrocarburos, depende de la coincidencia en el tiempo geológico de los siguientes elementos:

1. Una roca madre en la que se han generado los hidrocarburos a partir de acumulaciones masivas de sedimentos orgánicos. 2. Una roca almacén compuesta de areniscas o calizas, porosas y permeables, a la que han migrado, dada su movilidad como fluidos, el petróleo y gas natural generados en la roca madre. 3. Una trampa efectiva para la acumulación de hidrocarburos.

Uno de los principales problemas de los hidrocarburos es su transporte. Para hacernos una idea nos centraremos en el transporte marítimo. En el agua, los hidrocarburos se esparcen rápidamente, debido a la existencia de una importante diferencia de densidades entre ambos líquidos, llegando a ocupar extensas áreas, y dificultando por lo tanto sus posibilidades de limpieza. Esto imposibilita la interacción entre la flora y la fauna marina con la atmósfera, obstruyendo así el ciclo natural de vida. Si las sustancias contaminantes alcanzan la costa, debido a la alta permeabilidad de la arena, los hidrocarburos pueden penetrar hacia el subsuelo contaminando las napas y dejando rastros irreparables en los reservorios de agua dulce. Anualmente se vierten al mar entre 3 y 4 millones de toneladas de petróleo. Las actividades de exploración y explotación de los fondos marinos, constituyen una muy importante fuente de contaminación. Otra importante causa de contaminación, la constituyen los vertidos de desechos industriales, que llegan a poseer altas concentraciones de los derivados más peligrosos de los hidrocarburos.

Si nos trasladamos al medio atmosférico notamos que en la mayoría de las ocasiones se culpabiliza al CO2, pero los hidrocarburos emanan muchos otros gases contaminantes:

Los hidrocarburos: El principal gas de estas características que poluciona la atmósfera es el metano. En un estudio realizado en la ciudad de Los Angeles entre 1970 y 1972 indico que en la contaminación por hidrocarburos el metano representaba el 85% del total, los alcanos el 9%, los alquenos el 2.7%, los alquinos el 1% y los aromáticos el 2.3 %.

Los hidrocarburos presentan en general, una baja toxicidad, el problema principal que tiene, es la reactividad fotoquímica en presencia de la luz solar para dar compuestos oxidados.

Los hidrocarburos oxigenados: En este grupo se incluyen los alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres, fenoles, esteres, peróxidos y ácidos orgánicos. La principal causa de su presencia en el aire esta asociada a los automóviles, aunque también pueden formarse por reacciones fotoquímicas en la propia atmósfera.

El monóxido de carbono: Esta considerado como un peligroso gas asfixiante porque se combina fuertemente con la hemoglobina de la sangre reduciendo la oxigenación de los tejidos celulares.

Se produce en la combustión incompleta del carbón y de sus compuestos, y una de sus principales fuentes de emisión son los automóviles, aunque también se produce en la naturaleza, fundamentalmente por la actividad de algas.

El dióxido de carbono: La mayor parte del CO2 se produce en la respiración de las biocenosis y, sobre todo, en las combustiones de productos fósiles ( petróleo y carbón ), el CO2 es un componente del aire es utilizado por los vegetales en la fotosíntesis.

El nivel de CO2 en la atmósfera esta aumentando de modo alarmante durante los últimos decenios, debido el desarrollo industrial. Por otra parte se sabe que al aumentar la concentración de CO2 en la atmósfera aumenta la energía que queda en la tierra procedente del sol, y ello lo hace en forma de calor, este efecto se conoce como el efecto invernadero, es causado por la transparencia del CO2 , que por una parte permite pasar mejor la radiación solar y por otra provoca una mayor retención de la radiación IR emitida desde la tierra.

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Las estimaciones de los expertos en geología indican que las energías fósiles, en particular el petróleo y el gas natural, continuarán dominando el mercado de la energía mundial durante los primeros 40 u 80 años del siglo XXI.

El gas natural es una fuente de energía cada vez más demandada y a la que no se han puesto objeciones desde el punto de vista ecológico. La exportación de gas de Noruega a los países de Europa casi se triplicará de aquí al año 2009, si bien concurrirá con la exportación de gas de Rusia y Argelia. La posición de Noruega en el contexto europeo como nación productora de gas y petróleo es mucho más prominente, dado que es suya la mitad de todos los recursos europeos en hidrocarburos.

Los hidrocarburos son compuestos bioquímicos formados únicamente por carbono e hidrógeno. Consisten en un armazón de carbono al que se unen átomos de hidrógeno. Forman el esqueleto de la materia orgánica.

Los hidrocarburos extraídos directamente de formaciones geológicas en estado líquido se conocen comúnmente con el nombre de petróleo, mientras que a los que se encuentran en estado gaseoso se les conoce como gas natural. Los hidrocarburos constituyen una actividad económica de primera importancia, pues forman parte de los principales combustibles fósiles (petróleo y gas natural), así como de todo tipo de plásticos, ceras y lubricantes.

El gas natural consiste en una mezcla de gases, en proporciones variables, pero donde el metano (CH4) constituye más del 70%. Otros gases que pueden estar presentes en proporciones apreciables son el nitrógeno (hasta el 20%), dióxido de carbono (hasta el 20%) y etano (C2H8, hasta el 10%).

Proviene de la degradación de materia orgánica. En muchos casos va asociado a yacimientos de petróleo, aunque en otras ocasiones se descubre aislado. El componente fundamental del gas natural, el metano, también puede producirse artificialmente mediante la fermentación bacteriana de materia orgánica (por ejemplo en una depuradora de aguas residuales).

El gas natural en España

En 2003 se han consumido en España 274.490 GWh de gas natural, lo que supone un crecimiento del 13,3% respecto a las cifras de 2002. El gas natural constituye en 2003 el 15,6% de toda la energía consumida en España. En 1985 esta cifra era únicamente de un 2%, lo que da una idea del crecimiento que ha tenido en España esta fuente de energía y su importancia, no sólo desde el punto de vista medioambiental, sino también como factor de competitividad de las empresas españolas.

El petróleo en España

El petróleo y sus derivados constituyen la mayor parte de la energía consumida en España (en 2003, un 51% de la energía primaria provino del petróleo). El consumo en 2003 aumentó un 1,7% respecto a 2002 para situarse en 71,7 millones de toneladas.

Aunque en España existen yacimientos de petróleo, su producción en 2003 fue sólo de 321 miles de toneladas, lo que hace que la práctica totalidad del crudo que se trata en las diez refinerías españolas tenga que ser importado.

Los países que en 2003 suministraron más del 10% del total son Rusia, México, Arabia Saudita, Libia y Nigeria.

Fuente de Información | Ministerio de Industria del Gobierno de España