El término “combustibles fósiles” se usa mucho en estos días. La mayoría de las veces, surge en el contexto de problemas ambientales, el cambio climático o la llamada 'crisis energética'. Además de ser una fuente importante de contaminación, la dependencia de la humanidad de los combustibles fósiles ha provocado un poco de ansiedad en las últimas décadas y alimentado la demanda de alternativas.
Pero, ¿qué son los combustibles fósiles? Si bien la mayoría de la gente tiende a pensar en gasolina y aceite cuando escuchan estas palabras, en realidad se aplica a muchos tipos diferentes de fuentes de energía que se derivan de material orgánico descompuesto. Cómo la humanidad llegó a depender tanto de ellos, y qué podemos buscar para reemplazarlos, son algunas de las mayores preocupaciones que enfrentamos hoy.
Definición:
Los combustibles fósiles se refieren a fuentes de energía que se forman como resultado de la descomposición anaeróbica de materia viva que contiene energía como resultado de la fotosíntesis antigua. Por lo general, estos organismos han estado muertos durante millones de años, y algunos se remontan al Período Criogeniano (hace unos 650 millones de años).
La Reserva Estratégica de Petróleo de Bryan Mound, ubicada en Brazoria Country, Texas. Crédito: energy.gov
Los combustibles fósiles contienen altos porcentajes de carbono y energía almacenada en sus enlaces químicos. Pueden tomar la forma de petróleo, carbón, gas natural y otros compuestos de hidrocarburos combustibles. Mientras que el petróleo y el gas natural se forman por descomposición de organismos, el carbón y el metano son el resultado de la descomposición de plantas terrestres.
En el caso del primero, se cree que hace millones de años se asentaron grandes cantidades de fitoplancton y zooplancton en el fondo de mares o lagos. A lo largo de muchos millones de años, esta materia orgánica se mezcló con lodo y quedó enterrada bajo densas capas de sedimento. El calor y la presión resultantes causaron que la materia orgánica se alterara químicamente, formando eventualmente compuestos de carbono.
En el caso de este último, la fuente era materia vegetal muerta que estaba cubierta de sedimento durante el período Carbonífero, es decir, desde el final del Período Devónico hasta el comienzo del Período Pérmico (hace unos 300 y 350 millones de años). Con el tiempo, estos depósitos se solidificaron o se volvieron gaseosos, creando campos de carbón, metano y gases naturales.
Usos modernos:
El carbón se ha utilizado desde la antigüedad como combustible, a menudo en hornos para fundir minerales metálicos. El aceite sin procesar y sin refinar también se ha quemado durante siglos en lámparas por el bien de la iluminación, y los hidrocarburos semisólidos (como el alquitrán) se utilizaron para impermeabilizar (principalmente en el fondo de los barcos y en los muelles) y para embalsamar.
El uso generalizado de combustibles fósiles como fuentes de energía comenzó durante la Revolución Industrial (siglos XVIII - XIX), donde el carbón y el petróleo comenzaron a reemplazar las fuentes animales (es decir, el aceite de ballena) para impulsar motores de vapor. En el momento de la Segunda Revolución Industrial (ca. 1870-1914), el petróleo y el carbón comenzaron a usarse para alimentar generadores eléctricos.
La invención del motor de combustión interna (es decir, los automóviles) aumentó la demanda de aceite de manera exponencial, al igual que el desarrollo de los aviones. La industria petroquímica surgió al mismo tiempo, y el petróleo se utilizó para fabricar productos que van desde plásticos hasta materias primas. Además, el alquitrán (un producto sobrante de la extracción de petróleo) se volvió ampliamente utilizado en la construcción de carreteras y carreteras.
Los combustibles fósiles se volvieron fundamentales para la fabricación, la industria y el transporte modernos debido a la forma en que producen cantidades significativas de energía por unidad de masa. A partir de 2015, según la Agencia Internacional de Energía (AIE) las necesidades energéticas del mundo siguen estando predominantemente cubiertas por fuentes como el carbón (41,3%) y el gas natural (21,7%), aunque el petróleo ha caído a solo un 4,4%.
La industria de los combustibles fósiles también representa una parte importante de la economía mundial. En 2014, consumo global de carbón superó los 3.800 millones de toneladas métricas y representó 46.000 millones de dólares en ingresos solo en los Estados Unidos. En 2012, la producción mundial de petróleo y gas alcanzó más de 75 millones de barriles por día , mientras que la ingresos globales generado por la industria alcanzó alrededor de US $ 1,247 billones.
Los países del mundo se clasifican en términos de su producción anual de petróleo. Crédito: Wikipedia Commons / Ali Zifan
La industria de los combustibles fósiles también disfruta de una gran protección e incentivos gubernamentales en todo el mundo. A Informe 2014 de la IEA indicó que la industria de los combustibles fósiles recauda $ 550 mil millones al año en subsidios gubernamentales globales. Sin embargo, un Estudio de 2015 por el Fondo Monetario Internacional (FMI) indicó que el costo real de estos subsidios para los gobiernos de todo el mundo ronda los 5,3 billones de dólares (o el 6,5% del PIB mundial).
Efectos ambientales:
La conexión entre los combustibles fósiles y la contaminación del aire en las naciones industrializadas y las principales ciudades ha sido evidente desde la Revolución Industrial. Los contaminantes generados por la quema de carbón y petróleo incluyen dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, compuestos orgánicos volátiles y metales pesados, todos los cuales se han relacionado con enfermedades respiratorias y mayores riesgos de enfermedades.
La quema de combustibles fósiles por parte de los seres humanos es también la mayor fuente de emisiones de dióxido de carbono (alrededor del 90%) en todo el mundo, que es uno de los principales gases de efecto invernadero que permite que se produzca el forzamiento radiativo (también conocido como efecto invernadero) y contribuye a calentamiento global.
En 2013, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica anunció que los niveles de CO² en la atmósfera superior alcanzaron 400 partes por millón (ppm) por primera vez desde que comenzaron las mediciones en el siglo XIX. Según la tasa actual a la que aumentan las emisiones, Estimaciones de la NASA que los niveles de carbono podrían alcanzar entre 550 y 800 ppm en el próximo siglo.
Si el primer escenario es el caso, la NASA anticipa un aumento de 2.5 ° C (4.5 ° F) en las temperaturas globales promedio, lo que sería sostenible. Sin embargo, si el último escenario resultara ser el caso, las temperaturas globales aumentarían en un promedio de 4.5 ° C (8 ° F), lo que haría insostenible la vida en muchas partes del planeta. Por esta razón, se están buscando alternativas para el desarrollo y la adopción comercial generalizada.
Alternativas:
Debido a los efectos a largo plazo del uso de combustibles fósiles, los científicos e investigadores han estado desarrollando alternativas durante más de un siglo. Estos incluyen conceptos como la energía hidroeléctrica, que existe desde fines del siglo XIX, donde el agua que cae se usa para hacer girar turbinas y generar electricidad.
Desde la segunda mitad del siglo XX, la energía nuclear también se ha considerado una alternativa al carbón y al petróleo. Aquí, los reactores de fisión lenta (que dependen del uranio o de la desintegración radiactiva de otros elementos pesados) se utilizan para calentar agua, que a su vez genera vapor para hacer girar turbinas.
Desde mediados del siglo XX, se han propuesto varios métodos más que van desde los más simples hasta los más sofisticados. Estos incluyen la energía eólica, donde los cambios en el flujo de aire empujan a las turbinas; energía solar, donde las células fotovoltaicas convierten la energía del sol (ya veces el calor) en electricidad; energía geotérmica, que depende del vapor extraído de la corteza terrestre para hacer girar las turbinas; y energía de las mareas, donde los cambios en las mareas empujan a las turbinas.
El tokamak esférico MAST en el Culham Center for Fusion Energy (Reino Unido). Foto: CCFE
Los combustibles alternativos también se derivan de fuentes biológicas, donde se utilizan fuentes biológicas y vegetales para reemplazar la gasolina. El hidrógeno también se está desarrollando como fuente de energía, desde las pilas de combustible de hidrógeno hasta el agua que se utiliza para alimentar motores eléctricos y de combustión interna. También se está desarrollando el poder de fusión, donde los átomos de hidrógeno se fusionan dentro de los reactores para generar energía limpia y abundante.
A mediados del siglo XXI, se espera que los combustibles fósiles se hayan vuelto obsoletos, o al menos hayan disminuido significativamente en términos de su uso. Pero desde un punto de vista histórico, se han asociado con las explosiones más grandes y prolongadas en el crecimiento humano. Queda por ver si la humanidad sobrevivirá a los efectos a largo plazo de este crecimiento, que ha incluido una gran cantidad de quema de combustibles fósiles y emisiones de gases de efecto invernadero.
Hemos escrito muchos artículos sobre combustibles fósiles para Universe Today. Aquí está ¿Qué es un efecto invernadero mejorado? , Gases en la atmósfera , ¿Qué causa la contaminación del aire? , ¿Y si lo quemamos todo? , ¿Qué es la energía alternativa? , y 'El cambio climático es ahora más seguro que nunca', dice un nuevo informe
Si desea obtener más información sobre combustibles fósiles, consulte Observatorio de la Tierra de la NASA . Y aquí hay un enlace a Artículo de la NASA sobre la protección de nuestra atmósfera .
Astronomy Cast también tiene algunos episodios que son relevantes para el tema. Aquí está Episodio 51: Tierra y Episodio 308: Cambio climático .
Fuentes: